Com investimento e implantação estratégica suficientes, a remoção e o armazenamento de dióxido de carbono podem desempenhar um papel fundamental para manter o aquecimento global em um nível com o qual possamos conviver.

Klaus Lackner tem uma imagem do futuro em sua mente, e é algo parecido com isto: 100 milhões de caixas do tamanho de semi-reboques, cada uma preenchida com um tecido bege configurado no que parece ser um tapete felpudo para maximizar a área de superfície. Cada caixa atrai o ar como se estivesse respirando. Ao fazê-lo, o tecido absorve dióxido de carbono, que depois libera em forma concentrada para ser transformado em concreto ou plástico ou canalizado para o subsolo, anulando efetivamente sua capacidade de contribuir para as mudanças climáticas.

Embora a tecnologia ainda não esteja operacional, está “prestes a sair do laboratório, então podemos mostrar como ela funciona em pequena escala”, diz Lackner, diretor do Centro para Emissões Negativas de Carbono da Universidade Estadual do Arizona. Depois de ter resolvido todas as torções, ele calcula que, combinada, a rede de caixas poderia capturar talvez 100 milhões de toneladas métricas (110 milhões de toneladas) de CO2 por dia a um custo de US $ 30 por tonelada - fazendo uma diferença perceptível no A superabundância de CO2, que destrói o clima, acumula-se no ar desde que os humanos começaram a queimar combustíveis fósseis a sério, há 150 anos.

Lackner é um entre centenas, senão milhares, de cientistas em todo o mundo que estão trabalhando em maneiras de remover o CO2 da atmosfera, capturando carbono da atmosfera usando plantas, rochas ou reações químicas projetadas e armazenando-o no solo, produtos como o concreto e plástico, rochas, reservatórios subterrâneos ou o azul profundo do mar.

“Não podemos apenas descarbonizar nossa economia, ou não atingiremos nossa meta de carbono.” - Noah Deich

Algumas das estratégias - conhecidas coletivamente como tecnologias de remoção de dióxido de carbono ou emissões negativas - são apenas reflexos nos olhos de seus visionários. Outros - esquemas de baixa tecnologia, como plantar mais florestas ou deixar resíduos de colheitas no campo, ou mais configurações de “emissões negativas” de alta tecnologia, como a Planta de combustível de biomassa para captura de CO2 que foi lançada na última primavera em Decatur, Illinois - já estão em andamento. Seu objetivo comum: nos ajudar a sair da correção das mudanças climáticas em que nos metemos.

"Não podemos apenas descarbonizar nossa economia, ou não atingiremos nossa meta de carbono", diz Noah Deich, co-fundador e diretor executivo da empresa. Centro de Remoção de Carbono em Oakland, Califórnia. “Temos que ir além para limpar o carbono da atmosfera. … [E] precisamos começar urgentemente se quisermos ter mercados reais e soluções reais disponíveis para nós que sejam seguros e econômicos pela 2030. ”

Muitas Abordagens

Praticamente todos os especialistas em mudanças climáticas concordam que, para evitar uma catástrofe, devemos antes de mais nada nos empenhar ao máximo para reduzir as emissões de CO2. Mas um número crescente está dizendo que não é suficiente. Se quisermos limitar o aquecimento atmosférico a um nível abaixo do qual mudanças irreversíveis se tornam inevitáveis, eles argumentam, precisaremos remover ativamente o CO2 do ar em quantidades bastante elevadas também.

“É quase impossível atingirmos o 2 ° C, e ainda menos o 1.5 [° C], sem algum tipo de tecnologia de emissões negativas”, diz Pete Smith, chefe de ciência de plantas e solo da Universidade de Aberdeen e um dos os mundos líderes na mitigação das mudanças climáticas.

Na verdade, cientistas de todo o mundo que recentemente elaboraram um “roteiro” para um futuro que nos dá boas chances de manter o aquecimento abaixo do limiar 2 ºC apostar fortemente na redução das emissões de carbono, eliminando completamente os combustíveis fósseis - mas também exigir que removamos ativamente o CO2 da atmosfera. Seu esquema exige o sequestro de 0.61 gigatoneladas métricas (um gigaton, abreviado Gt, é um bilhão de toneladas métricas ou 0.67 bilhões de toneladas) de CO2 por ano até 2030, 5.51 até 2050 e 17.72 até 2100. As emissões de CO2 geradas pelo homem foram em torno de 40 Gt em 2015, de acordo com a Administração Nacional Oceânica e Atmosférica.

“É quase impossível atingirmos o 2 ° C, e ainda menos o 1.5, sem algum tipo de tecnologia de emissões negativas.” –Pete Smith

Relatórios periodicamente apontam que uma ou outra abordagem não vai cortá-la: as árvores podem armazenar carbono, mas competem com a agricultura por terra, o solo não pode armazenar o suficiente, máquinas como as que Lackner imagina usarem muita energia, não tem a engenharia planejada para armazenamento subterrâneo.

Provavelmente é verdade que nenhuma solução é consertar, todas têm prós e contras e muitos têm bugs para resolver antes de estarem prontos para o horário nobre. Mas, na combinação certa e com pesquisa e desenvolvimento sérios, eles podem fazer uma grande diferença. E como uma equipe internacional de cientistas do clima recentemente apontouquanto mais cedo melhor, porque a tarefa de reduzir os gases do efeito estufa só se tornará maior e mais assustadora quanto mais demorarmos.

Smith sugere dividir as muitas abordagens em duas categorias - estratégias relativamente “sem arrependimentos” de baixa tecnologia que estão prontas para serem executadas, como reflorestamento e melhoria das práticas agrícolas, e opções avançadas que precisam de pesquisa e desenvolvimento substanciais para se viabilizar. Então, ele sugere, implantar o primeiro e começar a trabalhar no último. Ele também defende minimizar as desvantagens e maximizar os benefícios, combinando cuidadosamente a abordagem correta com o local certo.

"Há provavelmente boas maneiras e maneiras ruins de fazer tudo", diz Smith. "Acho que precisamos encontrar as boas maneiras de fazer essas coisas."

Deich também apoia a busca simultânea de múltiplas opções. “Não queremos uma tecnologia, queremos grande quantidade de soluções complementares em um portfólio mais amplo que é atualizado com frequência à medida que surgem novas informações sobre as soluções. ”

Com isso em mente, aqui está uma olhada rápida em algumas das principais abordagens sendo consideradas, incluindo uma projeção aproximada com base no conhecimento atual do potencial de armazenamento de CO2 destilado de uma variedade de fontes - incluindo resultados preliminares de um estudo da Universidade de Michigan Espera-se que seja lançado no final deste ano - bem como resumos de vantagens, desvantagens, maturidade, incertezas e pensamentos sobre as circunstâncias em que cada um pode ser melhor aplicado.

Reflorestamento e Reflorestamento

Pague sua taxa de entrada, dirija por uma estrada sinuosa pelo Sequoia National Park, na Califórnia, caminhe meia milha pela floresta, e você se encontrará aos pés da General Sherman, a maior árvore do mundo. Com alguns pés cúbicos 52,500 (1,487 metros cúbicos) de madeira em seu tronco, o gigante tem mais do que 1,400 toneladas métricas (1,500 toneladas) de CO2 preso apenas em seu tronco.

Embora seu tamanho seja claramente excepcional, o General dá uma ideia do potencial das árvores para sugar CO2 do ar e armazená-lo na madeira, casca, folha e raiz. Na verdade, o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas estima que um único hectare (2.5 acres) de floresta pode absorver algo entre 1.5 e 30 toneladas métricas (1.6 e 33 toneladas) de CO2 por ano, dependendo dos tipos de árvores, quantos anos eles são, o clima e assim por diante.

Atualmente, as florestas mundiais estão sequestradas na ordem de 2 Gt CO2per year. Esforços conjuntos para plantar árvores em novos lugares (reflorestamento) e replantar a área desmatada (reflorestamento) poderiam aumentá-la em gigaton ou mais, dependendo das espécies, padrões de crescimento, economia, política e outras variáveis. As práticas de manejo florestal, enfatizando o armazenamento de carbono e a modificação genética de árvores e outras plantas da floresta para melhorar sua capacidade de pegar e armazenar carbono, poderiam elevar esses números.

Outra maneira de ajudar a aumentar a capacidade das árvores de armazenar carbono é fazer produtos duradouros a partir delas - prédios com estrutura de madeira, livros e assim por diante. O uso de madeira rica em carbono para construção, por exemplo, poderia estender a capacidade de armazenamento das árvores além das fronteiras das florestas, com armazenamento de madeira e florestamento combinados para um potencial de 1.3–14 Gt CO2 por ano possível, de acordo com o The Climate Institute, uma organização de pesquisa com sede na Austrália.

Agricultura de Carbono

A maior parte da agricultura destina-se a produzir algo que é colhido da terra. A agricultura de carbono é o oposto. Ele usa plantas para interceptar CO2 e, em seguida, usa estrategicamente práticas como reduzir a lavoura, plantar culturas de raízes mais longas e incorporar materiais orgânicos no solo para encorajar o carbono aprisionado a entrar e permanecer no solo.

“Atualmente, muitos solos agrícolas, hortícolas, florestais e de jardins são uma fonte líquida de carbono. Ou seja, esses solos estão perdendo mais carbono do que estão sequestrando ”, observa Christine Jones, fundadora da organização sem fins lucrativos com sede na Austrália. Carbono Incrível. “O potencial de reverter o movimento líquido de CO2 para a atmosfera por meio de melhorias no manejo das plantas e do solo é imenso. Na verdade, o manejo da cobertura vegetal de maneiras que aumentam a capacidade do solo de sequestrar e armazenar grandes volumes de carbono atmosférico em uma forma estável oferece uma solução prática e quase imediata para algumas das questões mais desafiadoras que a humanidade enfrenta atualmente. ”

A capacidade de armazenamento de carbono do solo pode ser ainda maior se as iniciativas de pesquisa Agência de Projetos de Pesquisa Avançada - Energia, uma agência do governo dos EUA que fornece suporte de pesquisa para tecnologias de energia inovadoras e outras que visam melhorar a capacidade das culturas de transferir carbono para o solo são bem-sucedidas. E, aponta Eric Toensmeier, autor de The Carbon Farming Solution, a capacidade das terras agrícolas para armazenar carbono pode ser dramaticamente aumentada incluindo árvores na equação.

“Geralmente são as práticas que incorporam árvores que têm mais carbono [armazenamento] - geralmente duas vezes a 10 vezes mais carbono por hectare, o que é um grande negócio”, diz Toensmeier.

Outra Vegetação 

Embora florestas e terras agrícolas tenham atraído mais atenção, outros tipos de vegetação - pradarias, vegetação costeira, turfeiras - também ocupam e armazenam CO2, e os esforços para aumentar sua capacidade de fazê-lo podem contribuir para a causa do armazenamento de carbono em todo o mundo.

Plantas costeiras, como manguezais, ervas marinhas e vegetação que habita os pântanos salgados das marés, destacam-se no sequestro de CO2 - significativamente mais por área do que as florestas terrestres, de acordo com Meredith Muth, gerente de programa internacional da National Oceanic and Atmospheric Administration.

"Estes são ecossistemas incrivelmente ricos em carbono", diz Emily Pidgeon, Conservation International diretor sênior de iniciativas marítimas estratégicas. Isso porque o solo pobre em oxigênio no qual eles crescem inibe a liberação de CO2 de volta para a atmosfera, então, em vez de voltar para a atmosfera, o carbono simplesmente se acumula camada por camada ao longo dos séculos. Com mangais que sequestram cerca de 1,400 toneladas métricas (1,500 toneladas) por hectare (2. 5 acres); salinas, 900 toneladas métricas (1,000 toneladas); e ervas marinhas, 400 toneladas métricas (400 toneladas), restaurar a vegetação costeira perdida e prolongar os habitats costeiros tem potencial para sequestrar carbono substancial. E os pesquisadores estão de olho em estratégias como a redução da poluição e o manejo do distúrbio de sedimentos fazer com que esses ecossistemas absorvam ainda mais CO2.

E, acrescenta Pidgeon, essa vegetação proporciona um duplo benefício climático porque também ajuda a proteger as costas da erosão, já que o aquecimento faz com que o nível do mar suba.

"É o ecossistema perfeito para mudanças climáticas, especialmente em alguns dos lugares mais vulneráveis", diz ela. “Fornece proteção contra tempestades, controle de erosão, mantém a pesca local. Em termos de mudança climática, é imensamente valioso, seja falar de mitigação ou adaptação ”.

Bioenergia e enterrar

Além de aproveitar a capacidade da vegetação de armazenar CO2 nas partes das plantas e no solo, os humanos podem aumentar o sequestro eliminando o carbono que as plantas absorvem de outras maneiras. UMA Usina de US $ 208 milhões que começou a operar no início deste ano no coração do país agrícola de Illinois é um exemplo tangível dessa abordagem e atualmente é amplamente vista como a mais promissora estratégia baseada em tecnologia para remover grandes quantidades de carbono do ar: captura e armazenamento de carbono por bioenergia, ou BECCS.

BECCS geralmente começa com a conversão de biomassa em uma fonte de energia utilizável, como combustível líquido ou eletricidade. Mas, em seguida, leva o conceito um passo fundamental adiante. Ao invés de enviar o CO2 lançado durante o processo para o ar, como as instalações convencionais o fazem, o captura e concentra, então o prende em materiais como concreto ou plástico ou - como é o caso da planta Decatur - injeta em formações rochosas que prenda o carbono bem abaixo da superfície da Terra.

Uma estratégia relacionada propõe o uso de plantas oceânicas, como algas, em vez de plantas terrestres. Isso reduziria a necessidade de competir com a produção de alimentos e a preservação do habitat da terra. Esta opção não foi explorada tanto quanto BECCS terrestre, portanto, o número de incógnitas é ainda maior.

No final das coisas, muitas das tecnologias propostas ainda estão em fase de concepção ou de desenvolvimento inicial. Mas, se desenvolvida corretamente, a abordagem “potencialmente tem um impacto significativo”, diz Smith, da Universidade de Aberdeen.

Biochar 

Outra maneira de aumentar a capacidade das plantas de armazenar carbono é queimar parcialmente materiais como o corte de madeira ou resíduos de culturas para produzir uma substância rica em carbono e lenta para decompor conhecida como biocarvão, que pode então ser enterrado ou espalhado em terras agrícolas. Biochar tem sido usado há séculos para enriquecer o solo para agricultura, mas ultimamente tem atraído mais atenção por sua capacidade de seqüestrar carbono - como evidenciado pelo fato de três dos finalistas da 10 em um milhão de US $ 25 Desafio da Terra lançado pela Virgin na 2007 aproveite essa abordagem.

Fertilizando o oceano 

As plantas e organismos semelhantes às plantas que vivem no oceano absorvem quantidades incomensuráveis ​​de CO2 a cada ano, sua capacidade de fazer isso limitada apenas pela disponibilidade de ferro, nitrogênio e outros nutrientes de que precisam para crescer e se multiplicar. Assim, os pesquisadores estão procurando estratégias para fertilizar o oceano ou trazer nutrientes das profundezas para a capacidade das plantas hiperdrive de capturar e armazenar carbono.

Cerca de uma década atrás, as empresas começaram a se formar para fazer exatamente isso, com o plano de colher as recompensas do mercado de carbono global, que em breve será estabelecido. Tais planos permaneceram em grande parte na prancheta, frustrados por incertezas substanciais sobre como colocar uma etiqueta de preço no carbono, preocupações sobre perturbar a pesca e os ecossistemas oceânicos em geral, e os altos requisitos de energia e custos que provavelmente estariam envolvidos. Além disso, não temos uma imagem clara de quanto do carbono preso realmente ficaria no oceano, em vez de reentrar na atmosfera.

Soluções Rock

O CO2 é removido naturalmente da atmosfera todos os dias por meio de reações entre a água da chuva e as rochas. Alguns cientistas do clima propõem aprimorar esse processo - e assim aumentar a remoção de CO2 da atmosfera - por meio de medidas artificiais, como esmagar rochas e expô-las ao CO2 em uma câmara de reação ou espalhá-las por grandes áreas de terra ou oceano, aumentando a área de superfície sobre a qual as reações podem ocorrer.

Como se imagina atualmente, as estratégias para aumentar o armazenamento de carbono pela reação de CO2 com rochas são caras e consomem muita energia devido à necessidade de transportar e processar grandes quantidades de material pesado. Alguns também exigem uso extensivo da terra e, portanto, têm potencial para competir com outras necessidades, como produção de alimentos e proteção da biodiversidade. Pesquisadores estão procurando maneiras de usar o desperdício de minas e refinar a estratégia para reduzir custos e aumentar a eficiência.

Captura Aérea Direta e Armazenamento

Os contêineres de sequestro de carbono do Lackner da Universidade Estadual do Arizona, juntamente com outros projetos como Instalações de captura de carbono recém-abertas da Climeworks na Suíça, representam uma das tecnologias de captura e armazenamento de gases de efeito estufa mais amplamente discutidas atualmente. Conhecida como captura e armazenamento direto de ar, essa abordagem usa produtos químicos ou sólidos para capturar o gás do ar rarefeito e, como no caso do BECCS, armazena-o para o metrô de longa distância ou para materiais de longa duração.

Já usado em submarinos abaixo da superfície do oceano e em veículos espaciais muito acima dele, a captura direta de ar teoricamente pode remover CO2 do ar mil vezes mais eficientemente do que plantas, de acordo com Lackner.

A tecnologia, porém, é embrionária. E porque requer a extração de moléculas de CO2 de tudo o mais no ar, é um grande consumidor de energia. Por outro lado, essa abordagem tem a grande vantagem de poder ser implantada em qualquer lugar do planeta.

De onde a partir daqui? 

Se algo está claro a partir deste resumo, são estas duas coisas: primeiro, há muito potencial para aumentar os esforços para reduzir as emissões de CO2 com estratégias para aumentar a remoção de CO2 da atmosfera. Em segundo lugar, há muito trabalho a ser feito antes de sermos capazes de fazê-lo em uma escala significativa e de uma forma que não apenas feche a lacuna de carbono, mas também proteja o meio ambiente e atenda às necessidades humanas mais imediatas.

“Com base na tecnologia atual, realmente não existe uma combinação de tecnologias de emissões negativas disponíveis que seriam empregáveis ​​em escala suficiente para ajudar a atingir a meta abaixo de 2 ° C sem impactos verdadeiramente significativos”, afirma Peter Frumhoff, diretor de ciência e política e um cientista chefe com a União dos Cientistas Interessados. “Podemos, em princípio, implantar tecnologias de emissões negativas, mas não temos o entendimento ou as políticas para fazê-lo em escala suficiente.”

Com a necessidade de fazer algo cada vez mais urgente, os pesquisadores estão começando a dê uma olhada nos prós, contras e potencial das várias oportunidades e juntos agendas de pesquisa para avançar o mais promissor nos lugares certos no momento certo. Em maio 2017, um painel de estudo da Academia Nacional de Ciências começou a realizar uma série de sessões de estratégia identificar prioridades de pesquisa para avançar.

“Nosso trabalho nesse comitê é recomendar uma agenda de pesquisa para resolver muitos desses problemas, reduzir os custos, elevar a eficiência do programa, superar as barreiras para expansão e implementação e governança e, especialmente, verificação e monitoramento ”, disse Stephen Pacala, professor de ecologia e biologia evolutiva da Universidade de Princeton, em vídeo descrevendo a iniciativa.

Dito isso, é importante lembrar que a tecnologia pode não ser o fator limitante a longo prazo.

No final, o armazenamento de carbono não é barato, Smith admite - mas, ele aponta, a mudança climática também não é.

"Não acho que seja um desafio técnico", diz Deich. “Acredito que é uma disposição a pagar e uma disposição para obter regulamentos claros, consistentes e justos em torno dessas soluções.” Em outras palavras, obter armazenamento de carbono em funcionamento é criar mercados e / ou políticas que o recompensem e ao mesmo tempo levar em consideração consideração as dimensões sociais e ambientais. “Não é necessariamente 'essas coisas podem ser dimensionadas?' É, 'alguém que está disposto a pagar por eles para escalar?'

A maneira mais óbvia de fazer isso seria afixar um preço ao carbono, o que se traduziria em benefício financeiro para acabar com ele.

No final, o armazenamento de carbono não é barato, Smith admite - mas, ele aponta, a mudança climática também não é.

A maneira que Lackner coloca é a seguinte: estamos viajando em alta velocidade montanha abaixo em um carro chegando a uma curva apertada, e não é tanto uma questão de saber se acertamos o trilho de proteção se podemos diminuir o suficiente de modo que, quando o fazemos, nós saltamos ao invés de catapultá-lo para o esquecimento.

"Não posso garantir que funcionará", diz ele sobre seus dispositivos de captura CO2. “Sou otimista, mas provavelmente não posso garantir isso. O fato de que pode não funcionar, a possibilidade de que não funcione, não é por si só uma desculpa para não tentar. Se não fizermos isso funcionar, tenho certeza de que estaremos em tempos muito difíceis. ” 

Este artigo foi publicado originalmente em Ensia

Sobre o autor

Mary Hoff é editora-chefe da Ensia. Um comunicador de ciência premiado, ela tem mais de duas décadas de experiência ajudando a melhorar a compreensão, a apreciação e a administração de nosso ambiente por meio de mídia impressa e on-line. Ela possui bacharelado em zoologia pela Universidade de Wisconsin e mestrado em comunicação de massa com ênfase em comunicação científica pela Universidade de Minnesota. Entre em contato com ela em mary (at) ensia (dot) com.

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