Obniżacz dwutlenku węgla lub pochłaniacz CO 2to rezerwuar (naturalny lub sztuczny), który pochłania węgiel z obiegu węgla . Węgiel ten jest następnie sekwestrowany w tym zbiorniku, gdzie jego czas przebywania jest bardzo długi w porównaniu z czasem przebywania w atmosferze. Pomagając zmniejszyć ilość CO 2 Atmosferyczne pochłaniacze dwutlenku węgla wpływają na globalny klimat, a tym samym na wszystkie elementy środowiska zależne od klimatu.
Do końca karbonu głównymi pochłaniaczami były procesy biologiczne wydobywania węgla , ropy naftowej , gazu ziemnego , hydratów metanu i wapienia. Dziś to oceany , gleby ( próchnica ) i flora ( lasy , torfowiska , łąki ).
Sekwestracji węgla (albo „wychwytywanie” lub „sekwestracji węgla”) odnosi się do procesów usuwania dwutlenku węgla lub CO 2naziemnej atmosfery i przechowywania w zlewie węgla.
Dzisiejsza biosfera pochłania około 20% antropogenicznego węgla emitowanego do powietrza dzięki fotosyntezie, która jest podstawą naturalnego i aktywnego mechanizmu sekwestracji węgla. Uważa się, że bakterie fotosyntetyczne, organizmy roślinne i łańcuch pokarmowy, a także zależna od nich nekromasa , przyczyniają się do pochłaniania dwutlenku węgla.
We Francji ustawa Grenelle II przewiduje raport rządu dla parlamentu w sprawie „oceny pochłaniaczy dwutlenku węgla zatrzymywanych przez obszary leśne ” i ich „możliwej wyceny finansowej dla terytoriów” (art. 83).
Ekosystemy te należały do najlepszych pochłaniaczy dwutlenku węgla, ale wiele torfowisk zostało wyeksploatowanych, osuszonych (co prowadzi do mineralizacji z utratą węgla), spalonych (w Indonezji na przykład na palmy olejowe) lub po prostu pod wpływem ocieplenia może zobaczyć, jak szybko ewoluują ich gleby (a badania eksperymentalne lekko ocieplonych gleb pokazują, że straty węgla z gleb wywołane ociepleniem są największe w strefie okołarktycznej, gdzie zapasy węgla są najważniejsze; jeśli woda nie jest pozbawiona ocieplenia, zwiększa fotosyntezę, ale bez kompensowanie emisji CO 2 lub metan ze względu na zwiększoną aktywność mikroorganizmów glebowych, co jest tym ważniejsze, że gleba jest bogata w węgiel).
Szacunki dokonane w 2016 r. Dla ocieplenia o 2 ° C w 2100 r., Przy najbardziej konserwatywnym założeniu pod względem utraty węgla, wykazały minimalną stratę netto 55 petagramów węgla (1 Pg = 10 15 g) między 2015 a 2050 r. pięciu lat obecnych emisji antropogenicznych. Większość strat nastąpi na półkuli północnej.
Las ekosystemu (zwłaszcza drzewo / System gleby), po oceanicznej planktonu i torfowisk i trawiastych , głównym planetarnej zlewu naturalne węgla, istotnych dla cyklu węgla . Gromadzi ogromne ilości węgla w drewnie, korzeniach, glebie i ekosystemie poprzez fotosyntezę . ONZ / FAO szacuje, że „ekspansja plantacji drzew mogła nadrobić” 15% emisji dwutlenku węgla z paliw kopalnych " w pierwszej połowie XXI th wieku jako zastrzegają sól się przedwcześnie, i że„nie mamy do przecenienia zalesionych powierzchni i ich zdolności do przechowywania oraz że nie jest to tylko kwestia sadzenia szybko rosnących gatunków.
Rzeczywiście, rośliny pochłaniają CO 2w atmosferze , przechowywanie część usuniętego węgla i uwalniania tlenu w atmosferze. W drzewach pionierskie gatunki o szybkim wzroście (np. Topola , wierzba lub brzoza w strefach umiarkowanych, beczułka drzewna (wydrążona, jak bambus ) w strefach tropikalnych) na ogół pochłaniają niewiele węgla, a jego uwalnianie jest szybkie i łatwe. Wręcz przeciwnie, twarde i gęste lasy zawierają znacznie więcej i najdłużej, ale generalnie rosną znacznie wolniej (od wieków do tysiącleci w przypadku „ bardzo dużego drewna ”). W okresie dojrzałości absorpcja jest mniejsza, ale węgiel stanowi 20% ich wagi (średnio i do 50% i więcej w przypadku gęstych lasów tropikalnych).
Kiedy drzewo umiera, jest rozkładane przez zbiorowiska saproksylofagów (bakterie, grzyby i bezkręgowce), które przetwarzają węgiel w postaci biomasy , nekromasy ( zwłoki , odchody i wydaliny tych organizmów) oraz w postaci gazu (CO 2, metan, uwolniony do atmosfery lub wody). Lasy i inne ekosystemy będą nadal przechowywać lub przetwarzać ten węgiel poprzez naturalną regenerację . Wszystkie lasy strefy umiarkowanej (z wyjątkiem pożarów i wyrębów) gromadzą dwutlenek węgla. Wiadomo, że duża część lasów tropikalnych (z wyłączeniem lasów torfowych) znajduje się w równowadze (źródło = zlew), a lasy borealne odgrywają bardziej złożoną rolę (są bardziej wrażliwe na defoliację i ogień).
Lokalnie martwe drzewa, trzciny i rośliny bagienne rozkładają się powoli i niedoskonale, w warunkach beztlenowych , poniżej powierzchni bagien, tworząc torf. Mechanizm jest na tyle powolny, że w większości przypadków bagno rośnie wystarczająco szybko i pozwala na wiązanie większej ilości węgla atmosferycznego niż jest uwalniane w wyniku rozkładu. Jedna czwarta węgla pochłanianego przez lasy jest pochłaniana przez rośliny i glebę.
Dla ONZ , w FAO , do swoich statystyk i wykazów leśnych wyróżnia pięć różnych zasobów węgla:
Uwaga : W 2015 r. Naukowcy z Uniwersytetu w Bremie (z chemii i fizyki atmosfery na początku stycznia) na podstawie danych satelitarnych oszacowali, że europejskie lasy wydobyłyby ponad dwa razy więcej dwutlenku węgla niż oczekiwano. Do tej pory sądzono, ale Tendencja do ciągłego zaniku lub mineralizacji torfowisk leśnych lub paraleśnych oraz szybki rozwój waloryzacji drewna (nawet małego drewna i martwych liści) w zakresie energii z biomasy sugeruje, że po tej absorpcji węgla często może następować szybkie uwalnianie do atmosfery.
Jednak w niepewnym kontekście klimatycznym niektóre bardziej wrażliwe lasy mogą stać się „źródłami” CO 2.(przeciwieństwo pochłaniacza dwutlenku węgla), zwłaszcza w przypadku pożaru lub chwilowo po dużych opadach wiatru spowodowanych silnymi burzami lub po dużych cięciach czystych. W badaniu z 2016 r. Stwierdzono, że tundra i tajga to ekosystemy, które są narażone na proporcjonalne (zwłaszcza ze względu na dużą zawartość węgla w glebie) utratę największej ilości węgla w glebie do 2100 r., Co grozi przewróceniem. sytuacji pochłaniacza dwutlenku węgla, w kierunku emitenta, który mógłby następnie zaostrzyć globalne ocieplenie.
Pewne inżynierii ekologicznej techniki ( BRF , zachowanie dużej martwego drewna, przywróceniem bobra , przywrócenie terenów podmokłych i torfowisk , etc. ) może pomóc zwiększyć ekologiczną odporności niektórych lasów (Europa, Kanada, Ameryka Północna, itp ). Ostatnie prace (2017) w oparciu o dane z OCO-2 satelitarnych pokazuje w szczególności, że w 2010s , prawie czwartą CO 2antropogeniczny jest wchłaniany przez ocean ( zakwaszając go ), a kolejną czwartą przez gleby i ekosystemy lądowe. Jednak lokalizacje i procesy naziemnych pochłaniaczy dwutlenku węgla pozostają słabo poznane, w szczególności w odniesieniu do odpowiednich udziałów lasów strefy umiarkowanej , tropikalnych i równikowych, zwłaszcza eurazjatyckich (niektórzy autorzy, tacy jak Baccini i in. (2017) szacują na podstawie danych MODIS, że znaczna część z tych regionów jest obecnie netto i znaczącym źródłem CO 2z powodu wylesiania, pożarów i że może się to pogorszyć wraz ze wzrostem ryzyka susz, degradacji gleby i pożarów lasów). Istnieje przynajmniej zgoda co do tego, że ilość tych zlewów różni się znacznie z roku na rok. Nie ma jeszcze zgody co do ilości węgla faktycznie składowanego i / lub uwalnianego w krótkim, średnim lub długim okresie, ale satelita OCO-2 powinien do 2020 r. Dostarczyć dane umożliwiające lepsze zrozumienie tych zjawisk. OCO-2 pozwoli w szczególności określić rolę, część i skuteczność różnych pochłaniaczy planetarnych, a tym samym poprawić prognozę klimatyczną oraz możliwości korekty i adaptacji .
Na świecie francuskie lasy metropolitalne mają niewielkie zasoby węgla. Odgrywa ważną rolę w całym kraju, ale różni się ona w zależności od regionu. Jego rozmiar rośnie, ale po długiej fazie upadku.
Dokonano kilku szacunków: w 1990 roku IFN oszacowano na około dwa miliardy ton. Liczba ta wzrosła w 2004 roku do 2,5 miliarda ton węgla (równowartość 9,2 miliarda ton CO 2zaabsorbowany). Od 2000 do 2004 roku około 24,4 mln ton (Mt) / rok węgla byłoby zatem zostały tymczasowo sequestered drzewami i gleb leśnych (89 Mt / rok CO 2). Szacunek następnie spadł do 62 Mt / rok CO 2 (tj. 17 Mt węgla rocznie) w latach 2005–2011, w tym z powodu burzy w 2009 r. i suszy w 2003 r. Ze względu na zalesiony obszar Francji metropolitalnej 1,68 t węgla na hektar rocznie zostałoby sekwestrowane. od 2000 do 2004 (14,5 Mha) oraz o 1,04 t / ha / rok w latach 2005-2011 (16,5 Mha).
Ta ilość węgla byłaby magazynowana przez połowę w glebie (ściółka i próchnica), a tymczasowo być może przez połowę w drzewach (w tym liście, gałęzie, korzenie). Tylko niewielką część tego węgla można uznać za trwale zmagazynowaną.
Cena za tonę CO 2zmagazynowane spadły z 32 EUR w kwietniu 2006 r., a następnie 0,20 EUR w 2007 r.), oznaczałoby to oszczędności w wysokości 0,6 mld EUR , 2,8 mld EUR i 0,02 mld EUR . Ta dyktowana przez rynek zmienność cen nie pozwala na oszacowanie finansowej wartości funkcji pochłaniacza dwutlenku węgla w lasach, ale wartość ta powinna z czasem rosnąć a priori .
Przemysł drzewny, w zależności od długości życia wydobywanego i wytwarzanego drewna, może, ale nie musi, przyczyniać się do walki z globalnym ociepleniem. W 2004 roku zużyła 98 Mt węgla (co odpowiada 359 Mt CO 2), ale część z nich (papier, karton, skrzynki itp. ) nie przyczynia się do magazynowania węgla.
Oceany są głównymi naturalnymi pochłaniaczami węgla, asymilowanymi przez plankton , koralowce i ryby , a następnie przekształcanymi w skały osadowe lub biogeniczne . Szacuje się, że koncentruje 50 razy więcej węgla niż atmosfera, 90% przez pompę fizyczną (en) , 10% przez pompę biologiczną . Ale te dane liczbowe muszą być kwalifikowane przez roczne przepływy. Szacunki dotyczące lat 2000–2006 dają następujące dane: 45% antropogenicznych emisji dwutlenku węgla pochłania powietrze, 30% ląd i 24% oceany.
Około 50% koralowców ciepłowodnych wydaje się chorych lub martwych w ostatnich dziesięcioleciach, a także przy poziomie CO 2wzrasta powyżej krytycznego progu w atmosferze, zwiększając również kwasowość wód morskich, potencjalnie tworząc katastrofalne kwaśne oceany, które mogą zabić plankton, który najlepiej wychwytuje węgiel, i osłabić ocean. Ponadto w oceanach rozprzestrzeniają się martwe strefy , które emitują węgiel lub metan. Morza zawierają różne ilości CO 2rozpuszczony, w zależności od biomasy i nekromasy , dostępności składników odżywczych, temperatury i ciśnienia.
Fitoplanktonu morskich, takich jak drzewa, zastosowanie fotosyntezy węgla ekstraktu z CO 2. Jest to punkt wyjścia oceanicznego łańcucha pokarmowego . Plankton i inne organizmy morskie wykorzystują CO 2rozpuszczone w wodzie lub pobrane z pożywienia, aby uformować szkielety i muszle na bazie wapienia mineralnego CaCO 3. Ten mechanizm usuwa CO 2zawartego w wodzie i sprzyja rozpuszczaniu tego zawartego w powietrzu. Wapienne szkielety i muszle, a także „węgiel organiczny” ( nekromasa , odchody i odchody ) tych organizmów ostatecznie opadają w ciągłym „deszczu” (zwanym „ morskim śniegiem ”) na dno morskie, gdzie osadzają się, tworząc powoli osad. skały . Węgiel w komórkach planktonu musi być zanurzony na głębokości od 2000 do 4000 metrów, aby mógł zostać uwięziony na kilka tysięcy do milionów lub miliardów lat w postaci skał, przy czym osady powierzchniowe są częściowo poruszane, zawieszane i ponownie wykorzystywane jako składniki odżywcze z biosfery .
Sprzeczne wyniki dotyczące stanu i wydajności oceanicznych pochłaniaczy dwutlenku węglaWedług Flinders University ( Australia ), na przykład kaszaloty odgrywają ważną rolę w recyklingu żelaza , poprzez jego odchody, które zawierają duże jego ilości; żelazo - gdy jest biodostępne - jest znanym stymulantem produktywności fitoplanktonu, który jest podstawą oceanicznej pompy węglowej . W ten sposób 12 000 kaszalotów antarktycznych pomaga wchłonąć około 400 000 ton węgla (w przybliżeniu dwa razy więcej niż kaszaloty wydzielające podczas oddychania). Ich odchody rocznie rozpraszają w oceanach około 50 ton żelaza na rok, co najmniej dziesięciokrotnie, gdyby nie ścigano ich przez dwa stulecia. Bez połowów wielorybów , szacuje się, że będzie około 120 tysięcy (90% więcej niż w rzeczywistości) kaszalotów dziś w Oceanie Południowym sam .
Niektóre lasy magazynują dużo węgla w swojej biomasie i nekromasie oraz w glebie (np. Niektóre zalesione torfowiska w Indonezji osiągają grubość 40 metrów ). Inne lasy przechowują bardzo mało węgla, a pochłaniacz istnieje tylko wtedy, gdy rosną lub gdy ich gleba jest wzbogacona w węgiel w sposób zrównoważony. Powtarzające się pożary mogą spowodować utratę dużej części węgla przechowywanego przez dziesięciolecia lub wieki w ciągu kilku godzin.
Niemniej jednak sekwestracja lasów jest niewielka pod względem emisji CO 2podobne do spalania z węgla kopalnego (węgiel, olej i gaz naturalny). Istnieje zgoda co do znaczenia ochrony pozostałości lasów, zwłaszcza przed pożarami lasów , ale nawet najbardziej optymistyczne scenariusze prowadzą do wniosku, że sadzenie nowych lasów na masową skalę nie wystarczyłoby, aby zrównoważyć wzrost emisji gazów cieplarnianych. Cieplarnianych lub powstrzymać globalne ocieplenie . Zatem redukcja emisji dwutlenku węgla w USA o 7%, jak określono w Protokole z Kioto , wymagałaby sadzenia lasu wielkości Teksasu co 30 lat - twierdzi William H. Schlesinger, dziekan Szkoły. Nicolas on the Environment and Earth Nauki ”na Duke University w Durham, Karolina Północna Aby zrównoważyć swoje emisje, większość rozwiniętych regionów musiałaby obsadzić obszar znacznie większy niż ich całe terytorium. W sumie należy zalesić większy obszar niż dostępny na powierzchni terenu (w tym pola, miasta i drogi).
Niemniej jednak potencjał ten nie jest znikomy, zwłaszcza jeśli dążymy do twardych i gęstych lasów oraz wzbogacania gleb w materię organiczną, zwłaszcza w strefach umiarkowanych.
Niedawno wykazano, że niektóre gleby leśne są również znaczącymi „pochłaniaczami metanu” dzięki zamieszkującym je bakteriom metanotroficznym , a zużycie metanu wzrasta wraz z wiekiem drzewostanów i porowatością gleb.
Ważny jest rodzaj lasu: najszybciej rosną lasy strefy umiarkowanej, ale torfowiska północne są również dobrymi pochłaniaczami dwutlenku węgla ( torfowiska ). Lasy tropikalne były początkowo uważane za neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla, ale niedawne badania (pomiary wykonane na dwóch milionach drzew na całym świecie) wykazały, że są one również globalnymi pochłaniaczami dwutlenku węgla, a funkcja ta może wkrótce zostać ograniczona przez stres wodny .
Rodzaj zarządzania również ma znaczenie: bardzo młody las posadzony z wyraźnym cięciem może mieć ujemny bilans węgla w ciągu pierwszych dziesięciu lub dwunastu lat, tracąc więcej dwutlenku węgla niż przechowuje. Cięcie czyste sprzyja erozji gleby i utracie zawartego w niej węgla (znaczna w strefach umiarkowanych i zimnych).
„Leśna sieć pochłaniaczy CO 2 W dłuższej perspektywie narażony jest na pożary, burze, choroby. Baldachim zmienia odbicie światła słonecznego, czyli albedo . Lasy na wysokich i średnich szerokościach geograficznych mają niższe albedo w okresach opadów śniegu niż lasy pokryte śniegiem na niskich szerokościach geograficznych, co przyczynia się do lokalnego ocieplenia, kompensowanego przez zwiększoną ewapotranspirację. Różne programy oferują firmom zakup działek leśnych w celu ich ochrony (np. Akcja „ Cool Earth ”) w zamian za „kredyty węglowe” równoważące emisje przemysłowe lub prywatne. Omówiono to podejście. W październiku 2007 roku Davi Kopenawa ( indiański szaman ( yanomami ), który zdobył nagrodę UNEP Global 500 w 1991 roku) przedstawił Gordonowi Brownowi (brytyjskiemu premierowi) raport pokazujący, że ochrona lasu poprzez uznanie praw do ziemi ich rdzennej ludności szybko ochroniłoby obszar objęty programem „ Cool Earth ” 15 000 razy (162 mln ha lasów tropikalnych zostało już chronionych w ten sposób poprzez uznanie praw ludności tam mieszkającej, w szczególności w związku z ruchem zainicjowanym przez Chico Mendes w latach 70.).
2008. Według badania Beverly Law przeprowadzonego na 519 starych działkach leśnych na półkuli północnej, te stare drzewa rzeczywiście mają bilans wychwytywania CO 2 . pozytywny.
Drzewo miejskie oraz las miejski odgrywają bardzo niewielką rolę w odniesieniu do emisji zanieczyszczeń miejskich, ale ich pojemność wydaje się być niedoceniana; Badanie przeprowadzone w Leicester na temat jego pochłaniaczy dwutlenku węgla (opublikowane w 2011 r.) Wykazało, że flora miejska zgromadziła tam łącznie 231 521 ton węgla, czyli średnio 3,16 kg m −2 . Prywatne ogrody przechowują więcej niż wiejskie środowisko rolnicze (około 0,76 kg , czyli trochę więcej niż angielska łąka (0,14 kg m −2 ).
Ale to przede wszystkim duże drzewa miejskie stanowiły główny pochłaniacz dwutlenku węgla (magazynujący ponad 97% całkowitej ilości węgla w całkowitej biomasie roślin miejskich), przy czym średnio 28,86 kg m -2 w przypadku zadrzewionych terenów zielonych publicznych. Jednak duże drzewa są rzadkie w Leicester, gdzie tereny zielone są w większości pokryte trawą i ubogie w drzewa. Gdyby 10% tych trawników zostało obsadzonych drzewami, zgodnie z tym badaniem magazynowanie dwutlenku węgla w mieście wzrosłoby o 12%, co również wykazało, że istniejące szacunki w Wielkiej Brytanii zaniżały o rząd wielkości znaczenie tych miejskich zasobów węgla.
Rola lasów jest zwykle uwzględniana w międzynarodowych porozumieniach klimatycznych, zwłaszcza w ramach porozumienia klimatycznego z Paryża, które ma pomóc krajom osiągnąć ich cele w zakresie łagodzenia zmiany klimatu . Gdyby badania NDT zostały rzeczywiście wdrożone, las mógłby zapewnić jedną czwartą redukcji emisji planowanych przez te kraje. Oznaczałoby to jednak większą przejrzystość zobowiązań krajów i poprawę zaufania do danych, w tym poprzez uzgodnienie szacunków raportów krajowych z badaniami naukowymi (≈ 3 GtCO 2/rok).
Ocean jest głównym planetarnym pochłaniaczem węgla, ale jest nasycony i wydaje się, że zaczyna zakwaszać.
Zaproponowano dodanie mikrocząstek żelaza ( hematytu ) lub siarczanu żelaza w wodzie w celu zwiększenia sekwestracji węgla przez ocean przez plankton . Naturalne żelazo jest pierwiastkiem śladowym, ograniczającym wzrost fitoplanktonu . Pochodzi z wypiętrzenia głębokich wód wzdłuż wybrzeży („ wypiętrzenia ”), rzek oraz opadania aerozoli i pyłu. Niektórzy uważają, że naturalne źródła żelaza zmniejszały się w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci, ograniczając produktywność organiczną i biomasę oceaniczną (NASA, 2003), a tym samym biologiczne pompowanie CO 2.atmosferyczny przez fotosyntezę .
W 2002 r. Test na Oceanie Spokojnym w pobliżu Antarktydy wykazał, że po dodaniu atomu żelaza do oceanu zaabsorbowanych jest od 10 000 do 100 000 atomów węgla. Niemieckie badania (2005) sugerują, że każdy rodzaj biomasy węglowej w oceanach, zakopana głęboko lub poddana recyklingowi w strefie eufotycznej , stanowi długoterminowe magazynowanie węgla. Podaż żelaznych składników odżywczych do wybranych obszarów oceanu, odpowiednio, można następnie zwiększyć produktywność oceanu i ograniczyć katastrofalne skutki ludzkiej CO 2 emisji. w powietrzu.
P dr Wolfgang Arlt z Uniwersytetu Erlangen-Nuremberg (Niemcy) proponuje, aby wprowadzić CO 2rozpuścił się na dużej głębokości, starając się rozprowadzić go w skali planetarnej i być może buforując go substancjami alkalicznymi. Szacuje, że to CO 2miałby niewielki wpływ na zakwaszenie, gdyby został wstrzyknięty do zimnych, gęstych wód zanurzających się w głębokim oceanie i CO 2 w ten sposób wstrzyknięty w pobliżu Europy zostałby rozprowadzony w ciągu stu lat aż do Australii, według niego bez wpływu na życie morskie ani życie w dnie morskim.
Inni wątpią w niezawodność metody, zwłaszcza w dłuższej perspektywie. Twierdzą, że ogólny wpływ dodatku żelaza na fitoplankton i ekosystemy oceaniczne jest słabo poznany i wymaga dalszych badań.
IPCC pozostaje bardzo ostrożny, jeśli chodzi o zdolność oceanów do wchłaniania większej ilości węgla, ale uważa, że badanie wpływu i zachowania CO 2 na głębokim oceanie należy dokładniej zbadać.
IMO i konwencji Londyn postanowił pod koniec 2008 roku, że ocean nawożenie działania inne niż do eksperymentów naukowych powinno być zabronione.
Cykl metanu w ekosystemach i wodzie również jest nadal słabo poznany.
Badania są kontynuowane, w tym pod egidą konwencji ( OSPAR lub rezolucje sieci społeczności KIMO).
Szacuje się, że gleby zaopatrzony na końcu XX p wieku około 2000 Gt węgla w postaci substancji organicznych (i metanu hydratów w strefie bardzo zimne) strefa głównie périarctique ( tundra , tundra , zmarzliny ) i umiarkowanej lasów. To prawie trzy razy więcej węgla w atmosferze i cztery razy więcej niż węgiel w biomasie roślinnej. Ale ta funkcja pogarsza się szybko i prawie wszędzie, zwłaszcza na zaoranych glebach rolniczych. Oddychanie gleby (jeśli nie jest ubita lub zbyt odwodniona) wzrasta wraz z temperaturą; jego ocieplenie może być źródłem uwalniania węgla aż do ujemnego salda (więcej emisji niż składowania) w glebach już bardzo bogatych w węgiel.
Odtworzenie dużych ilości próchnicy i torfu (dwóch materiałów bogatych w stabilizowaną materię organiczną ) poprawiłoby jakość tych gleb i ilość pochłanianego węgla. Siew bezpośredni , prawda daniele i odbudowa życia gleby technikami typu BRF ( Wood ramial rozdrobnione ) może przyczynić.
Podłoże magazynuje dwa razy więcej niż bardzo płytka gleba.
Wzrost CO 2powietrze może nie zostać zrekompensowane większą sekwestracją w glebie, wbrew celom ogłoszonym w inicjatywie 4p1000 . Badanie wykazało, że długotrwała ekspozycja na podwojenie poziomu CO 2Ciśnienie atmosferyczne znacznie przyspiesza degradację materii organicznej w glebach leśnych w zalesianiu dębów (⇒ usuwanie węgla z gleby). Drzewa magazynowały więcej węgla (212 g / m 2 w powietrzu i 646 g / m 2 w korzeniach), ale 442 g / m 2 węgla zostało utracone w glebie, głównie na powierzchni 10 cm , co wydaje się od wpływu CO 2na glebie (zakwaszenie i pobudzenie aktywności enzymatycznej mikroorganizmów glebowych, co zwiększa rozkład materii organicznej, a tym bardziej, jeśli występuje dopływ węgla (ściółka)). Badanie to musi zostać potwierdzone badaniami na glebach żyznych, ponieważ były to gleby ubogie, w których węgiel w 75% składał się z delikatnych łańcuchów węglowych.
W oficjalnym słownictwie dotyczącym środowiska we Francji (zdefiniowanym przez komisję ds. Wzbogacania języka francuskiego w 2019 r. ) Wyrażenie „antropogeniczna absorpcja węgla” definiuje się jako: „pochłanianie dwutlenku węgla w pochłaniaczach węgla naturalnego, które są konserwowane lub zarządzane przez ludzi, lub w obiektach wychwytywania i składowania CO 2 ” . Komisja dodaje, że wyrażenie „antropogeniczna absorpcja węgla” jest czasami uogólniane na niektóre gazy cieplarniane inne niż dwutlenek węgla, takie jak metan . (Ekwiwalent obcy: usuwanie antropogeniczne ).
Aby sztucznie sekwestrować węgiel (tj. Bez stosowania naturalnego procesu obiegu węgla), należy go najpierw wychwycić. Następnie jest przechowywany na różne sposoby.
Oczyszczalnie gazu ziemnego muszą usuwać dwutlenek węgla, aby zapobiec zatykaniu cystern przez suchy lód lub zapobiec koncentracji CO 2 przekroczyć maksymalne 3% dozwolone w sieci dystrybucyjnej gazu ziemnego.
Poza tym jedną z obiecujących technik wychwytywania dwutlenku węgla jest wychwytywanie CO 2 .emitowany przez elektrownie (w przypadku węgla jest to tzw. „czysty węgiel”). Tak więc elektrownia na węgiel o mocy 1000 MW zwykle produkuje około 6 TWh energii elektrycznej rocznie, odrzuca około 6 milionów ton CO 2.każdego roku. Najprostsza i najpowszechniejsza metoda wychwytywania CO 2że emituje polega na przechodzeniu spalin ze spalania do cieczy, w której znajduje się CO 2rozpuści się, a następnie ciecz ta jest transportowana do urządzenia w celu odzyskania CO 2rozpuszczony. Ta metoda, mająca zastosowanie do spalania dowolnego paliwa kopalnego, znacznie zwiększa koszt produkcji energii elektrycznej (zazwyczaj w przypadku węgla, aw krajach rozwiniętych prawie dwukrotnie) i zużywa od 10 do 20% energii uzyskanej ze spalania paliw kopalnych. paliwo. Technologia zgazowania węgla , stosowana w nowych instalacjach, pozwala na zmniejszenie tego dodatkowego kosztu, bez jego eliminacji (energia elektryczna kosztuje wówczas 10 do 12% więcej niż wytwarzana przez konwencjonalne spalanie bez wychwytywania).
Transport dwutlenku węgla musi spełniać surowe normy bezpieczeństwa, ponieważ powoduje śmierć przez uduszenie w stężeniach powyżej 10%, o czym świadczy tragiczne odgazowanie jeziora Nyos (gęstszego od tlenu, gromadzi się on na poziomie gruntu i wypiera go ). Projektowanie statków transportujących CO 2 (na tej samej zasadzie cozbiornikowce LNGlub przyszłe wodór), jest przedmiotem badań.
Obecnie absorpcja CO 2odbywa się na dużą skalę za pomocą rozpuszczalników aminowych , zwłaszcza z etanoloaminą (2-aminoetanol, zgodnie z nomenklaturą IUPAC ). Badane są inne techniki, takie jak absorpcja przy szybkich zmianach temperatury / ciśnienia, separacja gazów i kriogenika .
W elektrowniach węglowych główna alternatywa dla absorberów CO 2Aminy to zgazowanie węgla oraz spalanie tlenu i oleju opałowego. W wyniku zgazowania powstaje gaz pierwotny składający się z wodoru i tlenku węgla, który jest spalany w celu uzyskania dwutlenku węgla. Spalanie tlenowo-olejowe spala węgiel z tlenem zamiast powietrza, wytwarzając w ten sposób tylko CO 2i parę wodną, łatwe do oddzielenia. Jednak to spalanie wytwarza ekstremalną temperaturę i materiały podtrzymujące tę temperaturę pozostają do wytworzenia.
Inną długoterminową opcją jest wychwytywanie węgla z powietrza za pomocą wodorotlenków . Powietrze zostanie dosłownie pozbawione całego CO 2. Pomysł ten jest alternatywą dla paliw niekopalnych dla sektora transportu (samochód, ciężarówka, transport publiczny itp .).
Test przeprowadzony w 420-megawatowej elektrowni firmy Elsam w Esbjerg ( Dania ) został zainaugurowany 15 marca 2006 r. W ramach europejskiego projektu Castor kierowanego przez Francuski Instytut Naftowy (IFP), który skupia około trzydziestu przedsiębiorstw przemysłowych i partnerzy naukowi. Ten proces dopalania powinien umożliwić zmniejszenie o połowę kosztów wychwytywania CO 2, obniżając go do 20-30 euro za tonę.
Jego koszt w ciągu czterech lat (2004-2008) to 16 mln euro, z czego 8,5 mln to Unia Europejska. Castor ma na celu walidację technologii przeznaczonych dla dużych jednostek przemysłowych - elektrowni, stalowni, cementowni itp. - którego działalność generuje 10% europejskiej emisji CO 2, tak aby ta technika była zgodna z europejską ceną pozwoleń na emisję CO 2 (wtedy po 27 euro za tonę).
Zrzuty z elektrowni cieplnych zawierają mniej niż 20% dwutlenku węgla . Dlatego przed zakopaniem go pod ziemią należy go schwytać: jest to wychwyt po spalaniu. Będąc w kontakcie z kwaśnymi gazami (takimi jak CO 2) wodny roztwór 2-aminoetanolu tworzy sól w temperaturze pokojowej. Roztwór jest następnie transportowany do zamkniętego środowiska, gdzie jest podgrzewany do około 120 ° C , z którego, zgodnie z zasadą Le Châtelier , uwalnia CO 2 (czysty) i regeneruje w roztworze wodnym 2-aminoetanol.
Innym możliwym rodzajem sekwestracji jest bezpośrednie wtryskiwanie węgla do oceanu. W tej metodzie CO 2jest zakopany w głębokiej wodzie, tworząc „jezioro” CO 2ciecz uwięziona przez ciśnienie wywierane w głębi. Eksperymenty przeprowadzone na głębokości od 350 do 3600 metrów wskazują, że CO 2ciecz reaguje na zestalający się pod ciśnieniem hydrat dwutlenku węgla (in) , który stopniowo rozpuszcza się w otaczającej wodzie. Dlatego kara pozbawienia wolności jest tylko tymczasowa.
Ta technika ma niebezpieczne konsekwencje dla środowiska. CO 2reaguje z wodą tworząc kwas węglowy H 2 CO 3. Mało znana równowaga biologiczna dna morskiego prawdopodobnie zostanie naruszona. Wpływ na formy życia bentosowe na obszarach pelagicznych jest nieznany. Z politycznego punktu widzenia nie ma pewności, czy składowanie dwutlenku węgla w oceanach lub pod nimi jest zgodne z Konwencją londyńską o zapobieganiu zanieczyszczaniu morza [1] .
Inną metodą długoterminowej sekwestracji oceanicznej jest zbieranie resztek pożniwnych (takich jak łęciny pszenicy lub nadmiar słomy) w duże bele biomasy , a następnie ich składowanie w obszarach „wachlarzy aluwialnych” ( wachlarzy aluwialnych ) basenów głębinowych. Zanurzenie tych pozostałości w aluwialnych wentylatorach szybko pogrzebie je w błocie na dnie oceanu, zatrzymując biomasę na bardzo długi czas. Wachlarze aluwialne występują we wszystkich oceanach i morzach świata, gdzie rzeki z delt wpływają do szelfu kontynentalnego, takie jak wachlarz aluwialny Mississippi w Zatoce Meksykańskiej i Nil w Morzu Śródziemnym .
Miasto Libourne planuje wyposażyć jeden ze swoich parkingów w oświetlenie uliczne z pochłaniaczem CO 2 . ”. Zostałyby wyposażone w zbiornik zawierający glony . Te, umieszczone w pobliżu źródła światła, pochłaniałyby dwutlenek węgla i emitowały tlen.
Dobór odpowiednich organizmów umożliwia przewidywanie znacznych plonów. Szacuje się, że tego typu urządzenie o objętości 1,5 m 3 mogłoby zaabsorbować do jednej tony CO 2 na rok.
Narodowy Instytut badania w rolnictwie (INRA) zaproponowała we Francji 4p1000 lub „4 na 1000, Gleby dla bezpieczeństwa żywnościowego i klimatu” inicjatywy , które złagodziło zmianami klimatu poprzez maskujące węgla atmosferycznego w glebie, przy jednoczesnej poprawie ich płodność i odporność agroekosystemów w obliczu globalnego ocieplenia . To nowe globalne wyzwanie dotyczy 570 milionów gospodarstw rolnych i ponad 3 miliardów ludzi na obszarach wiejskich; ma na celu przywrócenie lub poprawę wskaźnika węgla wszystkich gleb rolniczych i leśnych, poprzez odpowiednie praktyki, tak aby zrównoważyć antropogeniczne emisje CO 2.
Ogólna zasada jest taka, że „coroczne zwiększanie zapasów węgla w glebie o 4 na 1000 w górnych 40 centymetrach gleby teoretycznie zatrzymałoby obecny wzrost ilości CO 2.w atmosferze, pod warunkiem zatrzymania wylesiania ” w ten sposób można by zmagazynować około 860 miliardów ton węgla, cel 4 ‰ , o ile zostanie osiągnięty, co odpowiada składowaniu 3,4 miliarda ton węgla w ziemi każdego roku. Według INRA węgiel ten byłby przechowywany w glebie przez dwadzieścia do trzydziestu lat po wdrożeniu dobrych praktyk, o ile będą one utrzymywane.
Badanie „Potencjał francuskiego rolnictwa i lasów w aspekcie składowania dwutlenku węgla w glebie do 4 na tysiąc” zostało zlecone przez Francuską Agencję Środowiska i Kontroli Energii (ADEME) oraz Ministerstwo Rolnictwa i Żywności , i powierzony INRA. Miał on na celu ocenę całkowitego dwutlenku węgla, który Francja mogłaby w ten sposób przechowywać, oraz wyszczególnienie i zakwalifikowanie „najlepszych praktyk” (pod względem wydajności, ale także kosztów); jego renderowanie zostanie wykonane w Paryżu 13 czerwca 2019 roku.
Projekt Castor przewiduje badanie czterech geologicznych składowisk CO 2 : zbiornik ropy Casablanca położony u północno-wschodniego wybrzeża Hiszpanii, złoże gazu ziemnego Atzbach -Schwanenstadt ( Austria ), warstwa wodonośna Snohvit ( Norwegia ) oraz pole gazu ziemnego K12B eksploatowane przez Gaz de France u wybrzeży Holandii , z którego należy zapewnić szczelność. Inne projekty o podobnym duchu są realizowane na całym świecie.
Według BRGM , że 20 mld ton dwutlenku węgla rocznie emitowane będą musiały być przechowywane w solankowych poziomów wodonośnych . Te ostatnie to zbiorniki wodne, które są zbyt słone, aby można je było eksploatować. Ich zdolność przyjmowania szacuje się na 400 do 10 000 miliardów ton, w porównaniu z 40 miliardami w niedostępnych złożach węgla, 950 miliardami w złożach węglowodorów i 20 miliardami obecnych rocznych emisji. Gaz musi być wtryskiwany na głębokość co najmniej 800 metrów pod ciśnieniem 800 barów , w temperaturze 40 ° C , w stanie „ nadkrytycznym ” w równowadze z otoczeniem. Stopniowo utworzy się woda gazowana.
„Sekwestracja geologiczna” (rzadziej nazywana „geosekwestracją”) polega na wtłaczaniu dwutlenku węgla bezpośrednio do podziemnych formacji geologicznych. Pola naftowe i solankowe warstwy wodonośne , które nie są już eksploatowane, są idealnymi miejscami do przechowywania. Jaskinie i stare kopalnie, czasami używane do magazynowania gazu ziemnego, nie są i nie będą wykorzystywane ze względu na brak zabezpieczenia składowania.
CO 2 od ponad 30 latjest wtryskiwany do podupadających pól naftowych w celu zwiększenia wydajności odwiertu. Zaletą tej opcji jest to, że koszt magazynowania jest kompensowany przez sprzedaż dodatkowego wytworzonego oleju. Operator czerpie również korzyści z istniejącej infrastruktury oraz danych geofizycznych i geologicznych uzyskanych na potrzeby poszukiwań ropy naftowej i w ich wyniku. Wszystkie pola naftowe mają barierę geologiczną zapobiegającą wzrostowi płynów gazowych (takich jak CO 2w przyszłości), ale mają tę wadę, że ich rozmieszczenie geograficzne i możliwości są ograniczone. Ponadto praktyka szczelinowania, która stała się prawie systematyczna, doprowadziła do dekonstrukcji podłoża skalnego. Wreszcie, wycieki przez studnie wtryskowe wydają się być częstsze niż oczekiwano: niedawna metaanaliza 25 badań skupiających się na problemach fizycznej integralności obudów odwiertów produkcyjnych i wtryskowych; aktywne, nieaktywne i / lub porzucone, zarówno na lądzie, jak i na morzu w przypadku zbiorników konwencjonalnych lub niekonwencjonalnych, stwierdzono, że straty integralności obudowy i zatykanie odwiertów są dość powszechne (przy wahaniach ryzyka w zależności od rodzaju wiercenia i wieku odwiertów). Stare odwierty naftowe często przeciekają (np. 70% odwiertów na lądzie na polu naftowym Santa Fe badanych w 2005 r. Wykazuje utratę integralności (obserwując czasami pęcherzyki gazu unoszące się na powierzchnię wzdłuż rur). Te odwierty są stare, ale 8030 innych odwiertów wykonanych ostatnio w Marcellus Shale i poddanych inspekcji w Pensylwanii w latach 2005-2013, 6,3% miało co najmniej jeden wyciek. W 3533 innych studniach zbadanych w Pensylwanii w latach 2008-2011 odnotowano 85 awarii (okładziny cementowe lub stalowe), a 4 wybuchły studnie, aw dwóch doszło do znacznych wycieków gazu. W przypadku silnego trzęsienia ziemi nie wiadomo, jak zachowa się obudowa i betonowe zaślepki takich studni.
Protokół z Kioto twierdząc, że roślinność pochłania CO 2kraje o rozległych lasach mogą odliczyć pewną część swoich emisji (art. 3 ust. 3 protokołu z Kioto); ułatwienie im dostępu do ustalonego dla nich poziomu emisji.
Szacuje się, że do 2030 r. Paliwa kopalne nadal będą stanowić ponad trzy czwarte zużywanej energii. Ci, którzy będą wiedzieli, jak uwięzić CO 2u źródła (22% emisji pochodzi z przemysłu, 39% z produkcji energii elektrycznej) będzie mieć potężną dźwignię na przyszłym globalnym rynku limitów emisji .