Neue elektrochemische Technologien könnten die Ozeane entsäuern und sogar Kohlendioxid eliminieren.

Um die katastrophalen Auswirkungen der globalen Erwärmung zu bekämpfen, müssen wir die Bemühungen zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen beschleunigen und Strategien zur Beseitigung von Kohlendioxid (CO) rasch ausbauen.₂) der Atmosphäre und der Ozeane. Die Technologien zur Reduzierung unserer CO2-Emissionen sind ausgereift; Diejenigen, die darauf abzielen, Kohlenstoff aus der Umwelt zu entfernen, sind dies nicht und erfordern eine starke Unterstützung von Regierungen und dem privaten Sektor.

Nur 45 Prozent der Kohlendioxidemissionen verbleiben in der Atmosphäre; Der Rest wird nach zwei Zyklen absorbiert: 1) Der biologische Kohlenstoffkreislauf speichert CO₂ in Pflanzenmaterial und Böden, und 2) der wässrige Kohlenstoffkreislauf absorbiert CO₂ von der Atmosphäre bis zu den Ozeanen. Jeder dieser Zyklen repräsentiert 25 Prozent bzw. 30 Prozent des CO-Ausstoßes₂jeweils.

CO₂ das sich in den Ozeanen auflöst, reagiert unter Bildung von Chemikalien, die den Säuregehalt der Ozeane erhöhen. Die Auflösung von Mineralien aus Gesteinen entlang der Küsten gleicht diesen Säuregehalt aus, ein Prozess, der als geologische Verwitterung bezeichnet wird. Dabei kommt es jedoch zu einem extremen Anstieg der Rate und des Volumens von CO₂ Die Emissionen, insbesondere in den letzten 60 Jahren, überstiegen die Geschwindigkeit der geologischen Verwitterung bei weitem und führten zu einem Anstieg der Ozeanversauerung um 30 Prozent.

Wenn die Ozeane versauern, werden Millionen von Meeresarten und ganze Ökosysteme, insbesondere Korallenriffe, nicht in der Lage sein, sich anzupassen.

Wir überfordern die natürlichen Gleichgewichtssysteme der Erde und schädigen dadurch ihre Ökosysteme. Unsere jüngste Arbeit an der McMaster University und der University of Toronto, unterstützt von der Carbon to Sea Initiative, hat versucht, diese Herausforderungen anzugehen.

Die bevorstehende Herausforderung

Die gute Nachricht ist, dass es möglich ist, den pH-Wert der Ozeane durch einen Prozess namens Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) wieder ins Gleichgewicht zu bringen. Darüber hinaus wird diese Neuausrichtung auch den CO-Anstieg fördern₂ von der Atmosphäre absorbiert werden. Durch sorgfältige und kontinuierliche Wiederherstellung der Alkalität der Ozeane, Versauerung und überschüssiges atmosphärisches CO₂ Konzentrationen können gleichzeitig verarbeitet werden.

Der naheliegendste Ansatz wäre, dem Meer fein gemahlene alkalische Mineralien zuzusetzen, um den Säuregehalt des Wassers direkt zu reduzieren. Der Umfang, in dem diese Prozesse umgesetzt werden müssten, ist jedoch atemberaubend.

Wir schätzen zum Beispiel, dass ab etwa der Mitte des Jahrhunderts jedes Jahr das Äquivalent von etwa achttausend Empire-State-Schiffen mit Alkali in die Ozeane eingespeist werden müsste, um die IPCC-Emissionsziele zu erreichen. Es ist offensichtlich, dass diese Technik nicht die einzige Lösung sein kann.

Wir glauben, dass ein elektrochemischer Ansatz mit kohlenstofffreier Energie eine der besten Möglichkeiten zur Bekämpfung der Ozeanversauerung ist. Durch einen Prozess namens bipolare Membranelektrodialyse (BMED) wird der Säuregehalt des Meerwassers direkt ohne Zugabe anderer Substanzen entfernt. Diese Technologie erfordert lediglich Meerwasser, Strom und spezielle Membranen.

Die Einfachheit und Modularität der BMED-Technologie ermöglicht eine flexible, skalierbare und potenziell kostengünstige Methode zur Kohlendioxidentfernung.

Bauen im Maßstab

Im Jahr 2015 haben wir mit einem Forscherteam des Palo Alto Research Center und X Development ein kleines BMED-System gebaut und getestet. Dieses System hat gut funktioniert und ist vielversprechend, wenn es mit bestehenden Anlagen wie Entsalzungsanlagen kombiniert wird.

Wir identifizierten die wichtigsten technologischen Einschränkungen, doch zwischen 2015 und 2017 reichten die Emissionsgutschriften und Anreize für Klimaschutztechnologien nicht aus und das Projekt wurde aufgegeben. Heute hat sich das wirtschaftliche und physische Klima verändert.

In wirtschaftlicher Hinsicht stärken sowohl die durch den Inflation Reduction Act (IRA) in den Vereinigten Staaten gewährten Steuergutschriften als auch die ständig steigende aufkommensneutrale Kohlenstoffsteuer in Kanada die Wirtschaftlichkeit von Technologien zur Kohlendioxidreduzierung. Kohlenstoff.

Darüber hinaus schockieren die jüngsten extremen Wetterereignisse im vergangenen Jahr, von massiven Waldbränden in Kanada über die heißesten Monate seit Beginn der Aufzeichnungen bis hin zu den höchsten jemals gemessenen Meerestemperaturen, die Menschen, schärfen das Bewusstsein für die drastische Realität des Klimawandels und erhöhen die Nachfrage nach echten Lösungen. Die BMED-Technologie ist eine dieser Lösungen.

Die BMED-Technologie wird teilweise durch kommerziell erhältliche Spezialmembranen eingeschränkt. Darüber hinaus machen diese Membranen einen erheblichen Teil (rund 30 %) der Investitionskosten aus und haben eine kurze Lebensdauer, da sie wahrscheinlich abbauen.

Unsere Arbeit zielt darauf ab, skalierbare ultradünne Membranen für den Einsatz in einem modifizierten BMED-Prozess zu entwickeln und gleichzeitig effiziente Betriebsbedingungen, optimale industrielle Kopplungen und ideale globale Standorte zu identifizieren, um diese OAE-Technologie weltweit kosteneffizient umzusetzen.

Die ultradünnen Membranen extrahieren Säure effizienter als bestehende kommerzielle Membranen, während ihre Herstellungstechnik und der optimale Einsatz ihre Produktions- und Betriebskosten erheblich senken werden.

Die Entwicklung kostengünstiger BMED-Systeme wird den Weg für eine wirtschaftlich tragfähige OAE ebnen.

Vorsichtiger Optimismus

In jüngster Zeit wurden mehrere Start-ups wie Ebb Carbon, SeaO2 und Vesta gegründet, die sich die Entfernung von Kohlendioxid aus den Ozeanen durch OAE zum Ziel gesetzt haben.

Wir fördern eine offene Kommunikation über die Fortschritte und Herausforderungen, vor denen OAE steht, mit der Öffentlichkeit, Forschungseinrichtungen, Regierungen und dem privaten Sektor, um Lösungen für OAE-Herausforderungen zu beschleunigen.

Insbesondere müssen wir die Auswirkungen der Anpassung der Meerwasseralkalität auf Meeresökosysteme bewerten und gleichzeitig zuverlässige Systeme entwickeln und implementieren, um die Nettomenge an Säuregehalt und entferntem Kohlenstoff zu messen, zu melden und zu überprüfen.

Gleichzeitig müssen wir auch optimale großflächige Einsatzorte identifizieren, an denen OAE sicher und effektiv umgesetzt werden kann.

Diese Überlegungen werden von verschiedenen Gruppen untersucht, es bedarf jedoch noch viel weiterer Unterstützung, um diese Technologie zu untersuchen und rasch weiterzuentwickeln.

Um technologische Herausforderungen und Umweltunsicherheiten zu bewältigen, muss die Unterstützung von Regierungen, Industrie, gemeinnützigen Organisationen und Risikokapital massiv ausgeweitet werden und sich der sorgfältigen und verantwortungsvollen Validierung der groß angelegten Implementierung von OAE-Technologien auf der ganzen Welt widmen.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.