что такое секвестрация углерода
Глобальный круговорот углерода
Скотт Стеггенборг, Университет штата Канзас, США
Углерод — основной структурный элемент всего живого. Углерод присутствует в атмосфере, тканях растений и животных, неживом органическом веществе, ископаемом топливе, камнях, он растворен в водах океана. В росте растений, да и вообще в нашей жизни его присутствие занимает не последнее место. Все начинается с корня, а если он растет в почве с недостатком углерода, то ситуацию надо брать под особый контроль, иначе. На количество углерода в почве влияет все, даже обработка почвы.
Почвенный органический углерод
Переход молекул углерода из одной формы в другую известен как круговорот углерода (рис. 1). Растения получают из атмосферы углерод, который участвует в процессе фотосинтеза. Используя энергию солнца и углекислый газ (СО2) из атмосферы, растения преобразуют СО2 в органический углерод, что способствует росту стеблей, листьев и корней. Результатом жизненного цикла и гибели растений является накопление и разложение растительной ткани как на поверхности почвы, так и под ней (корни растений) и производство значительного количества почвенного органического углерода.
Почвы отличаются по количеству содержания в них почвенного органического углерода, спектр варьирования: от менее 1% в песчаных почвах до более 20% в заболоченных почвах. Естественный уровень содержания почвенного органического углерода в почвах Канзаса варьирует в пределах 1-4%. Сегодня в большинстве обрабатываемых земель Канзаса уровень содержания органического углерода составляет 0,5-2%.
Рис.1.Современный круговорот углерода. Все показатели выражены в гигатоннах и гигатоннах в год.
В Канзасе степные травы способствовали формированию толстого плодородного слоя почвы. Корни этих и других видов злаковых волокнистые. Они могут проникать на большую глубину, производя значительную часть своей биомассы под землей. Следовательно, высокий уровень органического углерода в почвах под естественными лугами встречается на глубине до нескольких сантиметров. Черный цвет, который ассоциируется с плодородием почвы — это показатель содержания органического углерода. По мере того как содержание органического углерода снижается, цвет почвы становится более светлым и отражает ее минеральный состав. Так, красный цвет почв на юго-востоке Канзаса и северо-востоке Оклахомы является индикатором более высокой концентрации железа и более низкого содержания почвенного углерода. В почвах, которые формируются под лесами, высокий уровень почвенного органического углерода, как правило, наблюдается в верхнем слое, в более глубоких слоях этот уровень ниже. Такое отличие обусловлено, прежде всего, накоплением опавших листьев, а также веток кустарников и деревьев на поверхности почвы.
Атмосферный углерод
Управление углеродом
Что можно сделать, чтобы замедлить процесс увеличения содержания СО2? Если мы задумаемся об источниках, из которых поступает СО2, и о том, куда он девается потом, наиболее очевидным решением будет сокращение его поступления путем снижения использования ископаемого топлива. Это уменьшит попадание СО2 в атмосферу. Со временем потребуются более эффективные и экологически чистые источники энергии, но текущие экономические аспекты использования ископаемого топлива ограничивают внедрение и развитие альтернативных источников. В будущем, когда мы разработаем технологии альтернативной энергии, массовое использование стоков углерода, возможно, поможет стабилизировать уровень содержания СО2 в атмосфере. Описание мировых резервов углерода (рис. 1) демонстрирует, что скопления углерода в глубинах океана — основной резерв, но его изменения могут занять миллионы лет. Помимо этого, наши возможности управлять этим резервом ограничены. Следующий по размерам резерв — почвенный органический углерод. Количество почвенного органического углерода в два раза превышает количество углерода, содержащегося в растительной биомассе (растения, деревья, сельскохозяйственные культуры, травы и т.д.). Одним из способов стабилизации атмосферного углерода могло бы быть внедрение по всему миру технологий, которые способствуют увеличению содержания почвенного углерода. Сколько углерода может удерживаться в почве Канзаса? Вопрос прост, но на него нет простого ответа. Потенциал накопления для этого вида почвы зависит от уровня содержания почвенного углерода на данный момент, концентрации СО2 в атмосфере и применяемых агротехнических приемов. Во многих почвах Канзаса результатом значительных потерь верхнего слоя, обусловленных эрозией и проведением многочисленных механических обработок, стало сокращение уровня содержания углерода более чем в два раза по сравнению с исходными показателями. При правильном управлении содержание органического углерода во многих почвах можно повысить. Потери почвенного углерода, которые произошли в первой половине ХХ столетия, были частично компенсированы во второй половине с усовершенствованием сберегающих технологий и интенсификацией систем земледелия (рис. 3). Правильное внесение удобрений и возделывание улучшенных гибридов и сортов также сыграли свою роль в накоплении почвенного органического углерода. Более высокая урожайность и интенсивность возделывания способствуют увеличению объема биомассы, которая проникает в почву, обеспечивая поступление большего объема материала, который может быть преобразован в почвенный углерод. На рис. 3 отображены прогнозы по уровням содержания почвенного углерода в зависимости от уровня использования технологии no-till на 1990 год. В почвах, которые обрабатываются по технологии no-till и на которых используются интенсифицированные системы возделывания, содержание почвенного углерода может увеличиваться на 1% в год. В настоящее время в штате Канзас с применением технологии no-till обрабатывается 10% сельскохозяйственных земель (общая площадь 8,2 млн. га), и на этих площадях дополнительно должно секвестрироваться 19 000 т углерода в год. При расширении использования технологии no-till и использования интенсифицированных систем возделывания углерод секвестрировался бы в больших объемах. В мире не существует потенциальной возможности использовать почву в качестве стока углерода, этот вариант остается кратковременным решением. Через какой-то период времени, возможно, через 30-50 лет, будет достигнут новый уровень баланса почвенного СО2, при котором будет сложно достигнуть дальнейшего накопления углерода. Более долгосрочным решением для стабилизации уровня атмосферного СО2 может стать снижение нашей зависимости от ископаемого топлива для получения энергии.
Секвестрация углерода: 9 наиболее задаваемых вопросов
1. Что подразумевается под секвестрацией углерода?
Секвестрация углерода — это, как правило, процесс трансформации углерода в воздухе (углекислый газ или ТО2) в почвенный углерод. Углекислый газ поглощается растениями в процессе фотосинтеза, а также впитывается живыми растениями. Когда растение отмирает, углерод, находившийся в листьях, стебле, а также корнях, попадает в почву и становится почвенным органическим веществом.
2. Как секвестрация углерода может помочь избавиться от проблемы глобального потепления?
Атмосферный углекислый газ и другие газы, вызывающие парниковый эффект, являются ловушкой для тепла, которое отходит от поверхности земли. Это накопление тепла может привести к глобальному потеплению. Посредством секвестрации углерода уровень атмосферного углекислого газа снижается, а уровень почвенных органических веществ повышается. Если почвенный органический углерод не трогать, он может оставаться в земле многие годы как стабильное органическое вещество. Этот углерод секвестрируется позже или перемещается в хранилища, чтобы стать доступным для рециркулирования в атмосферу. Данный процесс снижает уровень СО2, а также возможность глобального потепления.
3. Какое воздействие секвестрация углерода может оказывать на газы, вызывающие парниковый эффект?
Было установлено, что сократить выбросы СО2 на 20% и более можно путем сельскохозяйственной почвенной секвестрации углерода.
4. Что сельхозпроизводители могут предпринять, чтобы повысить уровень секвестрации углерода?
Существует несколько способов достичь этого:
— no-till или минимальная обработка почвы;
— интенсивное повышение севооборотов и исключение летнего пара;
— мероприятия по охране природы, которые будут способствовать снижению эрозии;
— использование культур, дающих много остатков (кукуруза, сорго обыкновенное, а также пшеница);
— использование покровных культур;
— выбор таких видов и гибридов, которые сохраняют больше углерода.
5. Что могут сделать фермеры для повышения секвестрации углерода?
Фермеры могут повысить секвестрацию углерода посредством:
— улучшения качества фуража;
— сохранения достаточного количества пожнивных остатков;
— сокращения чрезмерного выпаса.
6. Получат ли сельскохозяйственные работники вознаграждение за секвестрацию углерода?
Возможно, будет налажена коммерческая система предоставления кредитов фермерам, повышающим секвестрацию углерода. Также возможно, что правительство будет применять некоторые меры поощрения для производителей, чтобы стимулировать секвестрацию углерода. Но даже если бы не было никаких выплат, сельхозпроизводители увидели бы положительный эффект от внедрения методов повышения почвенных органических веществ:
— улучшение структуры и качества почвы;
— повышение плодородности почвы путем увеличения органических веществ;
— сокращение эрозии вследствие улучшения структуры почвы;
— улучшение качества воды из-за снижения эрозии.
7. Что такое почвенные органические вещества, откуда они берутся и куда уходят?
Почвенные органические вещества состоят из перегнивших растений и животных отходов. Они позволяют соединять почвенные минеральные частицы в комочки, которые называются почвенными агрегатами. Повышение уровней почвенных органических веществ ведет к установлению более стабильных почвенных агрегатов, более устойчивых к ветровой эрозии, лучшей инфильтрации и аэрации, снижению вероятности уплотнений, а также повышению плодородности. Органические вещества помогают содержать почвенные питательные вещества вместе, таким образом, они не вымываются и не выщелачиваются. Если их не трогать, почвенные органические вещества могут перерасти в гумус — очень стабильную форму органического вещества. Тем не менее, если почва обрабатывается, почвенные органические вещества будут окисляться, и углерод растворится в атмосфере как СО2. Если почва эродируется, почвенные органические вещества будут вымываться водой.
8. Что влияет на уровень почвенных органических веществ?
Природные уровни почвенных органических веществ для любого определенного места в большинстве случаев определяются географической широтой, а также ежегодным уровнем выпадения осадков. Природные уровни почвенных органических веществ будут повышаться при передвижении с севера на юг от экватора. На Великих Равнинах уровень органических веществ растет от запада к востоку с учетом количества выпавших осадков. Управление может изменить уровень почвенных органических веществ. В общем, с повышением интенсивности возделывания культур повышается уровень почвенных органических веществ. С увеличением частоты использования механической обработки почвы уровень почвенных органических веществ снижается. Для производителей из Канзаса использование технологии no-till и отказ от пара предоставили самый большой потенциал в достижении этой цели.
9. Что делает штат Канзас, чтобы увеличить секвестрацию углерода?
Ученые из штата Канзас работают над созданием лучших управленческих методов, которые будут способствовать повышению секвестрации углерода. Чтобы проверить результаты механической обработки почвы, различных севооборотов, методов сбережения почвы и методов управления почвенным углеродом, проводятся исследования.
Ученые собирают СО2 и превращают его в твердую породу
Улавливание и хранение углерода, или секвестрация углерода, является одним из подходов, с помощью которого можно нейтрализовать возрастающее количество выбросов С02, но риск того, что газ снова попадет в атмосферу является одним из факторов, сдерживающих технологию.
Недавно ученые придумали метод, который обещает преодолеть эту проблему.
Они вводят CO2 в вулканические породы, которые помогают превратить газ в твёрдый камень течение двух лет, что является значительно более коротким сроком, чем столетия или тысячелетия, предполагаемые нынешним научным консенсусом.
Секвестрация углерода представляет собой метод, при котором CO2 извлекается в ходе химических процессов на электростанциях и закачивается в подземные хранилища, прежде чем он попадет в атмосферу.
Как правило, для уменьшения объема, газ сжимается, в результате чего он называется сверхкритический C02. Но проблема со сверхкритическим CO2 заключается в том, что он плавучий, это означает, что его подземное хранение повышает риск утечки, по этой причине некоторые страны запретили его вообще.
Конечно, один из способов остановить утечку газа – это не сжимать его. Поэтому большая часть исследований в области секвестрации углерода сосредоточилось на преобразовании газа в твердое вещество.
В Настоящее время в центре внимания остается метод заключения газа в твердую породу, которая вступает в реакцию с газом и превращает его в твердые карбонатные минералы.
Но этот процесс минерализации занимает сотни или даже тысячи лет, а это означает, что остается необходимость регулярно проверять места секвестрации углерода на наличие утечек, что является весьма дорогостоящим мероприятием.
Что действительно удивило исследователей, так это не количество преобразованного СО2, а как быстро все это происходило. При дальнейшем наблюдении скважин и ранее добавленных меченых химических веществ, исследователи обнаружили, что более 95 процентов СО2 преобразовалось в твердые карбонатные минералы в течение всего пары лет.
«Наши результаты показывают, что от 95 и до 98 процентов закачанного СО2 было минерализовано за период менее двух лет, что удивительно быстро», говорит д-р Йорг Маттер (Juerg Matter), профессор Университета Саутгемптон и ведущий автор исследования.
Команда уже увеличивает объемы улавливания СО2 с помощью своего метода на геотермальной электростанции Hellisheidi Reykjavik Energy, где проходило оригинальное исследование. Ученый говорит, что в настоящее время удается уловить и переработать до 5 000 тонн СО2 в год.
может лучше заняться озеленением пустынь и полупустынь, тогда получим не только захват углекислоты из атмосферы но и новые зоны пригодные для проживания а так же пастбища, сель хоз угодья и еду.
Болота справляются с этим делом намного эффективней и бесплатно.
где сраный углерод уже связан в твердой породе.
причем совершенно бесплатно.
Дизельгейт: экологическая афера стоимостью в 35 миллиардов долларов
В 2016 году Volkswagen AG получил Шнобелевскую премию по химии за изобретение хитроумного способа обманывать тесты на содержание в выхлопных газах окиси азота. Возможно, вы догадались, что речь идет о так называемом «Дизельгейте». Это мировой скандал, связанный с автомобилями концерна Volkswagen. В статье разберем, в чем конкретно заключалась суть и причина обмана, как все случайно вскрылось, чем все обернулось для Volkswagen и их клиентов.
Экостандарты для автомобилей
Стандарт Евро-0 ставил своей задачей снизить загрязнение воздуха автомобилями на территории Евросоюза. Для этого документ выделял основные показатели вредных выбросов и четко ограничивал их количество. Стандарт коснулся следующих веществ:
— Оксиды углерода (CO)
— Углеводороды (CH или HC)
Автоконцерны обязывались подстраивать заводы под новые нормы.
В Америке и других странах
Аналоги европейских экологических стандартов существуют во многих других странах. Например, в США в конце 1990-х местное Агентство по охране окружающей среды разработало программу по снижению потребления топлива и вреда экологии (Vehicle Fuel Economy and Greenhouse Gas Standards). Введенные стандарты Tier-2 и Tier-3 на данный момент действуют почти по всей Северной Америке и во многом являются более строгими, чем европейский Евро-6. Похожие стандарты действуют в Японии и Южной Корее. Также автомобильные выбросы регулируются на уровне национальных программ в таких странах, как Китай, Индия и Мексика.
Как определяют экологичность автомобилей
Очевидно, что проверить выбросы всех произведенных автомобилей на дорогах невозможно. Для этой цели используются так называемые испытательные стенды. Сам стенд сконструирован так, чтобы максимально точно имитировать дорожную обстановку и перемещение автомобиля. Машина ставится на катки, в них создается сопротивление движению, которое учитывает трение колес об асфальт и аэродинамическое сопротивление (для каждой машины свое). Спереди ставится вентилятор, дующий со скоростью, с которой поток воздуха набегает на машину (для охлаждения двигателя и засасывания в него воздуха).
Может ли автомобиль распознать, что находится на испытательном стенде? История с «дизельгейтом» показала, что может. И тут есть две вещи. Во-первых, движение руля. Нельзя проехать 100 км по дороге и ни разу не пошевелить рулем. А вот на стенде как раз можно. Во-вторых, четко регламентированный протокол испытаний. Автомобиль должен проехать сколько-то километров на одной скорости, сколько-то на другой. Режим прописан и неизменен, так как нужно в одинаковых условиях испытать разные автомобили. Этих признаков достаточно, чтобы автомобиль понял, что находится не на дороге. Но зачем кому-то обманывать испытательный стенд, если машина проходит тесты и показывает приемлемые результаты?
В 2009 году концерн VAG (Volkswagen AG) обновил свой модельный ряд автомобилей. Одним из главных нововведений стала серия новых дизельных двигателей: EA 188, EA 189 и EA 288. Между собой они различались по литражу (1.2, 1.6 и 2.0) и рядом других, не особо значимых в контексте повествования, инженерных решений. Важно то, что три этих двигателя обладали высокой мощностью, экономичностью и экологичностью. VAG «смогла» реализовать такое комбо в своих двигателях, и это было отмечено мировой общественностью — в том же 2009 году дизельная версия автомобиля Volkswagen Jetta была удостоена премии «Зеленый автомобиль года».
Возможно, в странах СНГ, учитывая тенденцию удаления катализатора и другие «не совсем» экологичные истории, такой параметр, как экологичность, не шибко ценится. Но в США и странах ЕС как для потребителя, так и для законодательства, вопрос об экологичности транспортного средства является чуть ли не первостепенным. В США на тот период предельные показатели составляли 40 мг/км оксида азота, а в Европе с 2011 года начал действовать Евро-5 с пределом в 180 мг/км. Дизельные автомобили концерна VAG, поставляемые в США, выдавали порядка 20 мг/км, а в Европе просто удовлетворяли стандартам. Удивительного в этой разнице ничего нет, зачем душить двигатель для Европы так же, как для США, если всё и так в рамках нормы?
Время шло, а автомобили продавались, принося VAG огромную прибыль.
Ученые, проехав порядка 10 тысяч километров на разных машинах VAG, получили результаты эксперимента. Однако полученные данные их несколько шокировали. Показатели, вместо обещанных 20 мг/км, доходили до 600, а иногда и до 800 мг/км. Проверив и перепроверив всё, что можно, они убедились в правильности результатов и решили передать эти данные в EPA (Агентство по охране окружающей среды в США, аналог МинПрироды в России). В свою очередь, EPA направил письмо в VAG: мол, автомобили вашего концерна превышают наши нормы, необходимо решить эту проблему. В ответ на это VAG сообщил, что это технический сбой, и концерн будет его устранять.
В сентябре 2015 года американским автовладельцам начали приходить «письма счастья» от VAG. В них сообщалось о необходимости перепрошить автомобиль, в обмен на что владельцы получат 1000$ в виде ваучера. Но ведь бесплатный сыр только в мышеловке, верно? Автовладельцы почувствовали что-то неладное и дело пошло по судам. В ходе разбирательства в программном коде автомобиля обнаружили фрагмент, отвечающий за проведение экологических тестов. Выяснилось, что автомобили VAG с дизельными двигателями в автоматическом режиме определяли, что они находятся на испытательном стенде и проходят тестирование, и путем различных махинаций снижали количество вредных выбросов в десятки раз. Но подобные манипуляции могли снижать количество выбросов только на коротком промежутке времени, а не при обычном использовании автомобиля. В суде пришли к соответствующему выводу, что это был не технический сбой. Такое решение подразумевало серьезные последствия для VAG.
Федеральный окружной суд северного округа, Калифорния, постановил, что VAG предложит своим клиентам в США существенную компенсацию и выкуп порядка 500 тысяч автомобилей. Чуть позже, федеральный судья утвердил следующее соглашение:
— До 10 миллиардов долларов выплатит VAG своим клиентам в США в качестве компенсации;
— Владельцы автомобилей могут отремонтировать их бесплатно или продать их VAG-у по рыночной цене до начала судебного разбирательства;
— В случае аренды владелец вправе расторгнуть договор без штрафных санкций;
В независимости от того, в каком статусе был владелец (собственник/арендатор), ему обязаны выплатить компенсацию в размере от 5 до 10 тысяч долларов за каждый автомобиль в собственности/аренде;
— Запрет на продажу выкупленных автомобилей с нарушением до их устранения.
В Европе последствия были менее глобальными. ЕС решило отказаться от штрафов в отношении VAG и постановило концерну отозвать дефектные автомобили для решения проблемы. Помимо VAG, пострадала также компания Renault. К ней, на фоне скандала, заявилась проверка с целью обнаружить нарушения. Нарушения не были найдены, однако акции компании упали на 20%. В странах СНГ к VAG не были выдвинуты обвинения.
«Дизельгейт» принес VAG убытков на 35 миллиардов долларов, не считая падения стоимости акций. Ключевые персоны в компании покинули свои посты, а один из инженеров попал в тюрьму. Сейчас история «дизельгейта» считается закрытой и ответ на вопрос «зачем это было нужно?» так и не найден. Возможно, компания хотела выйти на американский рынок, но не смогла создать необходимый для этого двигатель и пошла таким путем. А, возможно, что инженерная команда попросту распилила бюджет и ничего лучше обмана не придумала.
СОДЕРЖАНИЕ
Описание
Углекислый газ естественным образом улавливается из атмосферы в результате биологических, химических или физических процессов. Некоторые методы искусственной секвестрации используют эти естественные процессы, в то время как другие используют полностью искусственные процессы.
Есть три способа, которыми может быть осуществлено это секвестрирование; улавливание после сжигания, улавливание перед сжиганием и кислородное сжигание. Используются самые разнообразные методы разделения, включая газофазное разделение, абсорбцию жидкостью и адсорбцию на твердом теле, а также гибридные процессы, такие как адсорбционные / мембранные системы. Эти вышеупомянутые процессы в основном улавливают выбросы углерода от электростанций, фабрик, предприятий по сжиганию топлива и предприятий животноводства нового поколения, когда они переходят на методы восстановительного земледелия, которые используются организациями, поскольку они стремятся сократить выбросы углерода от своей деятельности.
Биологические процессы
Биосеквестрация
Торфяник
Торфяники действуют как поглотитель углерода, потому что они накапливают частично разложившуюся биомассу, которая в противном случае продолжала бы полностью разлагаться. Существует разница в том, насколько торфяники действуют как поглотитель углерода или источник углерода, что может быть связано с различным климатом в разных частях мира и в разное время года. Создавая новые болота или улучшая существующие, количество углерода, поглощаемого болотами, увеличится.
Лесное хозяйство
В статье, опубликованной в журнале Nature Sustainability, исследователи изучали чистый эффект от продолжения строительства в соответствии с текущими практиками по сравнению с увеличением количества изделий из дерева. Они пришли к выводу, что если в течение следующих 30 лет в новом строительстве будет использоваться 90% изделий из древесины, будет поглощено 700 миллионов тонн углерода. Это эквивалентно примерно 7 дням глобальных выбросов в 2019 году.
В исследовании, опубликованном в Journal of Environmental Management, исследователи пришли к выводу, что «хвойные и широколиственные деревья могут оказывать различное влияние на связывание органического углерода в почвах разного возраста и предыдущего землепользования».
Городское лесное хозяйство
Городское лесное хозяйство увеличивает количество углерода, поглощаемого в городах, за счет добавления новых участков деревьев, а связывание углерода происходит в течение всего срока службы дерева. Обычно это практикуется и поддерживается в меньших масштабах, например, в городах. Результаты городского лесного хозяйства могут иметь разные результаты в зависимости от типа используемой растительности, поэтому она может функционировать как поглотитель, но также может функционировать как источник выбросов. Наряду с поглощением растениями, которое трудно измерить, но которое, по-видимому, мало влияет на общее количество поглощаемого углекислого газа, растительность может оказывать косвенное воздействие на углерод, снижая потребность в потреблении энергии.
Водно-болотные угодья
сельское хозяйство
По сравнению с естественной растительностью, почвы пахотных земель обеднены почвенным органическим углеродом (SOC). Когда почва превращается из естественной или полуприродной земли, такой как леса, лесные массивы, луга, степи и саванны, содержание SOC в почве снижается примерно на 30-40%. Эти потери связаны с удалением растительного материала, содержащего углерод, с точки зрения урожая. При изменении землепользования содержание углерода в почве будет либо увеличиваться, либо уменьшаться, это изменение будет продолжаться до тех пор, пока почва не достигнет нового равновесия. На отклонения от этого равновесия также может влиять изменчивый климат. Снижению содержания SOC можно противодействовать путем увеличения поступления углерода, это можно сделать с помощью нескольких стратегий, например, оставить на поле пожнивные остатки, использовать навоз в качестве удобрения или включить в севооборот многолетние культуры. Многолетние культуры имеют большую долю подземной биомассы, что увеличивает содержание SOC. Во всем мире почвы, по оценкам, содержат> 8 580 гигатонн органического углерода, что примерно в десять раз больше, чем в атмосфере, и намного больше, чем в растительности.
Модификация сельскохозяйственных методов является признанным методом связывания углерода, поскольку почва может действовать как эффективный поглотитель углерода, компенсируя до 20% выбросов двуокиси углерода в 2010 году. (См. No-till ). Восстановление органического земледелия и дождевых червей может полностью нейтрализовать CO.
2 годовой избыток углерода 4 Гт в год и сброс остаточного атмосферного избытка. (См. Компост ).
Методы сокращения выбросов углерода в сельском хозяйстве можно разделить на две категории: сокращение и / или замещение выбросов и усиление удаления углерода. Некоторые из этих сокращений связаны с повышением эффективности хозяйственных операций (например, более экономичное оборудование), в то время как другие связаны с прерываниями в естественном углеродном цикле. Кроме того, некоторые эффективные методы (например, устранение ожогов стерни ) могут негативно повлиять на другие проблемы окружающей среды (более широкое использование гербицидов для борьбы с сорняками, которые не уничтожаются сжиганием).
Углеродное земледелие
Бамбуковое земледелие
Хотя бамбуковый лес накапливает меньше углерода, чем зрелый лес из деревьев, бамбуковая плантация улавливает углерод гораздо быстрее, чем зрелый лес или древесная плантация. Следовательно, выращивание бамбуковой древесины может иметь значительный потенциал связывания углерода.
Глубокая почва
Почвы содержат в четыре раза больше углерода, чем хранится в атмосфере. Примерно половина из них находится глубоко в почве. Около 90% углерода этой глубокой почвы стабилизировано минерально-органическими ассоциациями.
Снижение выбросов
Замена более энергоемких сельскохозяйственных операций также может снизить выбросы. Земледелие с уменьшенной или нулевой обработкой почвы требует меньшего использования техники и, соответственно, сжигает меньше топлива на акр. Однако при нулевой обработке почвы обычно увеличивается использование химикатов для борьбы с сорняками, и остатки, оставшиеся на поверхности почвы, с большей вероятностью будут выделять свой CO.
2 в атмосферу по мере разложения, уменьшая чистое сокращение углерода.
На практике большинство сельскохозяйственных операций, в ходе которых послеуборочные пожнивные остатки, отходы и побочные продукты возвращаются в почву, обеспечивают выгоду от хранения углерода. Это особенно актуально для таких практик, как сжигание стерни в полевых условиях, вместо того, чтобы высвобождать почти весь накопленный углекислый газ.
2 в атмосферу, обработка почвы возвращает биомассу в почву.
Улучшение удаления углерода
Все культуры поглощают CO
2 во время роста и выпускать после сбора урожая. Целью удаления углерода в сельском хозяйстве является использование урожая и его связи с углеродным циклом для постоянного связывания углерода в почве. Это достигается путем выбора методов земледелия, которые возвращают биомассу в почву и улучшают условия, в которых углерод в растениях будет восстановлен до своей элементарной природы и сохранен в стабильном состоянии. Методы для этого включают:
Эффекты секвестрации почвы могут быть обращены вспять. Если почва нарушена или методы обработки почвы прекращены, почва становится чистым источником парниковых газов. Обычно после 15–30 лет поглощения почва насыщается и перестает поглощать углерод. Это означает, что существует глобальный предел количества углерода, которое может удерживать почва.
На затраты на связывание углерода влияют многие факторы, включая качество почвы, транзакционные издержки и различные внешние эффекты, такие как утечка и непредвиденный экологический ущерб. Из-за снижения атмосферного CO
2 является долгосрочной проблемой, фермеры могут неохотно применять более дорогие методы ведения сельского хозяйства, когда нет четкого урожая, почвы или экономической выгоды. Такие правительства, как Австралия и Новая Зеландия, рассматривают возможность разрешить фермерам продавать квоты на выбросы углерода, как только они документально подтвердят, что у них достаточно повышенное содержание углерода в почве.
Океаны
Удобрение железом
События естественного удобрения железом (например, осаждение богатой железом пыли в океанских водах) могут усилить связывание углерода. Кашалоты действуют как агенты оплодотворения железом, когда переносят железо из океанских глубин на поверхность во время поедания добычи и дефекации. Было показано, что кашалоты увеличивают уровни первичной продукции и экспорта углерода в глубины океана, откладывая богатые железом фекалии в поверхностные воды Южного океана. Фекалии, богатые железом, заставляют фитопланктон расти и поглощать больше углерода из атмосферы. Когда фитопланктон умирает, часть его опускается в океан и уносит с собой атмосферный углерод. Уменьшая численность кашалотов в Южном океане, китобойный промысел приводит к тому, что в атмосфере ежегодно остается 200 000 тонн углерода.
Удобрение мочевиной
Смешивание слоев
Морские водоросли
Физические процессы
Связанные с биомассой
Биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода
Биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода (BECCS) относится к биомассе на электростанциях и котлах, которые используют улавливание и хранение углерода. Углерод, улавливаемый биомассой, будет улавливаться и храниться, таким образом удаляя диоксид углерода из атмосферы.
Захоронение
Биочарное захоронение
Механизмы, связанные с biochar, называются биоэнергетикой с хранением углерода, BECS.
Хранение в океане
Устья рек приносят большое количество питательных веществ и мертвого материала из верхнего течения в океан, что является частью процесса, который в конечном итоге приводит к образованию ископаемого топлива. Транспортировка таких материалов, как отходы сельскохозяйственных культур, в море и их опускание на дно использует эту идею для увеличения накопления углерода. Международные правила сброса отходов в море могут ограничивать или препятствовать использованию этого метода.
Геологическая секвестрация
Геологическое связывание относится к хранению CO 2 под землей в истощенных нефтегазовых резервуарах, соляных образованиях или глубоких, не подлежащих добыче угольных пластах.
Существует ряд крупномасштабных проектов по улавливанию и секвестрации углерода, которые продемонстрировали жизнеспособность и безопасность этого метода хранения углерода, которые обобщены здесь Global CCS Institute. Преобладающим методом мониторинга является построение сейсмических изображений, при котором генерируются вибрации, распространяющиеся по геологической среде. Геологическая структура может быть отображена по преломленным / отраженным волнам.
Химические процессы
Электрокатализ медным комплексом, разработанный в Нидерландах, помогает восстановить диоксид углерода до щавелевой кислоты ; Эта конверсия использует диоксид углерода в качестве сырья для производства щавелевой кислоты.
Минеральная карбонизация
Кальций и магний встречаются в природе обычно в виде силикатов кальция и магния (таких как форстерит и серпентинит ), а не в виде бинарных оксидов. Для форстерита и серпентина реакции следующие: