Tutkimukset osoittavat, että geotekniikka aiheuttaa ”suuria riskejä” luonnolle

Tutkimukset osoittavat, että ihmisen aiheuttaman ilmastonmuutoksen vaikutusten vähentämisellä hiilen talteenotolla ja varastoinnilla varustetun bioenergian avulla voi olla merkittäviä seurauksia luonnonvaraisille eläimille ja kasveille, metsille ja vesivaroille, osoittaa uusi tutkimus.

Olemassa olevan maan laajamittainen muuttaminen BECCS-istutuksiksi voisi aiheuttaa maailmanlaajuisen metsäpeitteen vähenemisen jopa 10 prosentilla ja biologisen monimuotoisuuden ”koskemattomuuden” vähenemisen jopa 7 prosentilla, pääkirjoittaja kertoo Carbon Briefille.

Aurinkoenergian geoteknisen käsittelyn käyttöönotto voisi myös uhata villieläimiä, osoittaa toinen tutkimus. Uudessa tutkimuksessa todetaan, että tällaisen teknologian käyttöönotto – ja sen jälkeen sen ylläpitämättä jättäminen – voisi aiheuttaa maapallon lämpötilan nopean nousun, jolloin monet lajit eivät kykenisi selviytymään olosuhteiden jyrkästä muutoksesta.

Kahdessa tutkimuksessa toistetaan tarve ottaa täysin huomioon geoteknisten tekniikoiden käyttöönoton mahdolliset seuraukset, jos niitä käytetään ilmaston lämpenemisen vaikutusten lieventämiseen, molempien tutkimusten tekijät kertovat Carbon Briefille.

Havainnot tuovat esiin myös sen, että ”globaalia ilmaston lämpenemistä vastaan ratkaisu on ilmaston lämpenemisen lieventäminen”, toteaa eräs tutkimusten tekijä. ”Ilmastotavoitteiden saavuttamiseksi on nyt välttämätöntä vähentää välittömästi hiilidioksidipäästöjä sen sijaan, että käytettäisiin haitallisia teknologioita kompensoimaan rauhallisempaa tahtia”, toinen kirjoittaja sanoo.

BECCS:n neuvotteleminen

Ensimmäisessä Nature Climate Change -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa arvioidaan, miten BECCS:n käyttö voisi vaikuttaa luonnon eri osa-alueisiin, kuten metsäpeitteeseen, biologiseen monimuotoisuuteen ja makean veden resursseihin.

BECCS:ää on monien mielestä nimitetty lupaavaksi ”negatiivisten päästöjen teknologiaksi”, mikä tarkoittaa, että sitä voitaisiin käyttää vähentämään hiilidioksidin määrää ilmakehässä. Yksinkertaisesti sanottuna BECCS:ssä poltetaan biomassaa – kuten puita ja viljelykasveja – energian tuottamiseksi ja otetaan sitten talteen syntyvät hiilidioksidipäästöt ennen kuin ne vapautuvat ilmaan.

Vaikka laajamittaista BECCS:ää ei ole vielä demonstroitu kaupallisesti, tutkijat ovat jo sisällyttäneet sen moniin mallinnettuihin ”polkuihin”, joilla osoitetaan, miten ilmaston lämpeneminen voidaan rajoittaa kahteen celsiusasteeseen esiteollisesta ajasta.

Jotkut tutkijat toivovat, että BECCS:n avulla voitaisiin imeä osa ihmisen toiminnasta vapautuvasta hiilidioksidista, mikä puolestaan voisi auttaa maailmaa saavuttamaan ”nollanollapäästöt”.

Uudessa tutkimuksessa selvitetään, voitaisiinko tämä saavuttaa aiheuttamatta liikaa vahinkoa monille luonnon osa-alueille.

BECCS voisi aiheuttaa ongelmia luonnolle, koska se veisi paljon maata, vettä ja muita resursseja, selittää tutkimuksen pääkirjoittaja, tohtori Vera Heck Potsdamin ilmastovaikutusten tutkimuslaitokselta (PIK).

Hänen tutkimuksessaan hän toteaa, että BECCS:n käyttäminen laajamittaisessa mittakaavassa saattaisi tuoda mukanaan suuria riskejä luonnon kannalta. Hän kertoo Carbon Briefille:

”Laajamittaisten biomassaviljelmien käyttäminen hiilidioksidin talteenottoon ilmakehästä saattaa edistää ilmastonsuojelua, mutta se voi johtaa monien muiden ympäristörajojen ylittämiseen, mikä merkitsee suuria riskejä biologiselle monimuotoisuudelle, ravinteiden ja veden kiertokululle sekä maankäytölle. Siksi biomassa hiilidioksidin poistamiskeinona voi olla vain rajallinen panos kestäviin ilmastonmuutoksen lieventämispolkuihin.”

Rajojen äärelle

Tutkijat arvioivat tutkimuksessa, miten BECCS voisi vaikuttaa yhdeksään ”planetaariseen rajaan”.

Planetaaristen rajojen ideana on määritellä, kuinka paljon ihminen voi kehittää ja käyttää maapallon resursseja ja pysyä samalla turvallisesti rajoissa, joita planeetta voi kestää. Neljä yhdeksästä planetaarisesta rajasta, mukaan lukien ilmastonmuutos, on jo rikottu ihmisen toiminnan seurauksena.

Kaikki yhdeksän rajaa näet alla olevasta grafiikasta, josta näet myös kunkin rajan tilan vuonna 2015 tehdyn Science-tutkimuksen mukaan.

Ymmärtääkseen, miten BECCS voi vaikuttaa planetaarisiin rajoihin, tutkijat ajoivat sarjan malleja, joissa otettiin huomioon sekä tuleva ilmastonmuutos että se, miten maanviljelyksen maankäyttömallit voivat poiketa toisistaan tulevaisuudessa.

Kullekin skenaariolle tutkijat selvittivät, kuinka monta BECCS-istutusta voitaisiin luoda ja samalla pysytellä planetaaristen rajojen ”turvallisena” vyöhykkeellä. Tutkijat pitivät ”turvallisena” sitä, että BECCS:n toteuttaminen ei aiheuta lisävahinkoja planeettarajoille.

Tutkijat havaitsivat, että BECCS:n toteuttaminen turvallisten rajojen sisällä voisi mahdollistaa jopa 60 miljoonan hiilitonnin negatiiviset päästöt vuodessa. Tämä vastaa alle yhtä prosenttia nykyisistä maailmanlaajuisista hiilidioksidipäästöistä, Heck sanoo.

Riskien ottaminen

Tutkijat arvioivat myös, kuinka paljon hiiltä voitaisiin ottaa talteen, jos BECCS toteutettaisiin ”riskialttiissa” rajoissa. Tämä määritelmä mahdollisti planeettarajojen lisävahingot, mutta esti silti siirtymisen ”korkean riskin” alueelle (ks. aiempi kaavio).

Tällöin negatiivisia päästöjä voitaisiin saada aikaan noin 1,2 miljardista 6,3 miljardiin tonniin hiiltä riippuen käytetystä bioenergiasta, tutkijat totesivat.

Suurimman negatiivisten päästöjen määrän saavuttaminen edellyttäisi biomassan muuntamista vedyksi hiilidioksidin talteenotolla ja varastoinnilla. Mutta tekniikka, jota tarvitaan biomassan muuntamisen helpottamiseksi vedyksi, on vielä kaukana toteuttamiskelpoisesta, Heck sanoo.

BECCS:n toteuttamisella riskialttiissa rajoissa voisi kuitenkin olla merkittäviä seurauksia ympäristölle, hän lisää:

”Riskialttiit skenaariot merkitsevät huomattavaa riskiä, että ne laukaisevat negatiivisen palautteen maapallon järjestelmästä, ja ne saattavat heikentää maapallon järjestelmän vakautta ja joustavuutta.”

Vaikutuksista voidaan todeta, että BECCS:n käyttöönotto riskirajoissa voisi aiheuttaa maailmanlaajuisen metsäpeitteen vähenemisen 10 prosentilla ja biologisen monimuotoisuuden ”koskemattomuuden” vähenemisen 7 prosentilla. Tämä johtuu siitä, että suuri määrä maata jouduttaisiin muuttamaan biopolttoaineistutuksiksi, Heck sanoo.

Tämän lisäksi kaikkien vastaperustettujen BECCS-istutusten aiheuttama ylimääräinen vedentarve voisi olla yli kaksinkertainen verrattuna maailmanlaajuisen maatalouden tarvitsemaan määrään, Hecks lisää.

Uusi tutkimus vahvistaa aiemmat havainnot siitä, että BECCS:llä voi olla ”huomattavia epäsuotuisia vaikutuksia maa- ja makeanveden käyttöön”

sanoo Aberdeenin yliopiston kasvi- ja maaperätieteiden laitoksen professori, professori Pete Smith, mutta ei ollut osallisena tutkimuksessa. Hän sanoo Carbon Briefille:

”Kirjoittajat toteavat, että laajalle levinneeseen BECCS:ään luottaminen on riskialtista, mutta on alueita, joilla riski on pieni. Tämä tutkimus on vankka ja auttaa siirtämään nykyistä keskustelua pois nykyisin polarisoituneista kannoista ”BECCS on aina huono” tai ”BECCS on aina hyvä”. Tämänkaltaisia integroituja arviointeja tarvitaan lisää, jotta voidaan vahvistaa tietopohjaa, jonka perusteella tehdään päätöksiä negatiivisista päästöistä.”

Aurinkoenergian geoteknisen käsittelyn simulointi

Toisessa Nature Ecology & Evolution -lehdessä &julkaistussa tutkimuksessa selvitetään, miten aurinkoenergian geoteknisen käsittelyn käyttöönotto voisi vaikuttaa luonnon monimuotoisuuteen.

Aurinkoenergian geomekaniikka eli ”auringon säteilyn hallinta” (solar radiation management, SRM) kuvaa joukkoa menetelmiä – jotka kaikki ovat edelleen hypoteettisia – joilla voidaan keinotekoisesti vähentää auringonvaloa maapallon pinnalla ilmaston lämpenemisen hillitsemiseksi.

Uudessa tutkimuksessa keskitytään erään tyyppisen SRM-menetelmän vaikutuksiin, johon kuuluu aerosolien ruiskuttaminen stratosfääriin. Kun aerosolit ovat ilmakehässä, on ehdotettu, että ne voisivat muodostaa maapallon ympärille suojahunnun, joka pystyy heijastamaan auringonvaloa ja siten viilentämään planeettaa.

Aerosolien elinikä stratosfäärissä on rajallinen, ja niitä pitäisi päästää säännöllisin väliajoin, jotta ne olisivat tehokkaita. Jos aerosolien vapauttaminen yhtäkkiä lopetettaisiin, maapallon lämpötila voisi nousta nopeasti uudelleen.

Uudessa tutkimuksessa todetaan, että tämä SRM:n äkillinen lopettaminen jättäisi monet lajit kyvyttömiksi selviytymään ympäristöolosuhteiden nopeasta muutoksesta, sanoo tutkimuksen tekijä, professori Alan Robock Rutgersin yliopistosta. Hän sanoo Carbon Briefille:

”Tärkeimmät havainnot ovat, että kaikki stratosfäärin geoteknisen käsittelyn toteuttaminen voisi päättyä katastrofaalisesti monien lajien kannalta. Vaikka jos geotekninen suunnittelu joskus toteutettaisiin, ei olisi järkevää lopettaa sitä äkillisesti, on olemassa uskottavia skenaarioita, joissa näin voisi tapahtua. Pitäisikö yhteiskunnan koskaan ottaa tällainen riski?”

Mallinnus globaalista muutoksesta

Ymmärtääkseen, miten auringon sähköntuotannon nopea lopettaminen voisi vaikuttaa luonnonvaraisiin eläimiin, tutkijat käyttivät malleja verratakseen lämpötilan ja sademäärien muutoksia skenaariossa, jossa SRM-menetelmää käytetään vuodesta 2020 aina vuoteen 2070 asti, ja skenaariossa, jossa ei ole geoteknistä käsittelyä ja jossa kasvihuonekaasupäästöt ovat keskitasolla (RCP4.5).

Tutkijat laskivat sitten kunkin skenaarion ”ilmastonopeudet”, jotka kvantifioivat ilmaston muuttumisen nopeuden ja suunnan.

Tulokset näkyvät alla olevissa kaavioissa, joissa on esitetty lämpötilan muutosnopeus a) mallinnetussa skenaariossa, jossa SRM otetaan käyttöön, b) SRM:n lopettamisessa, c) nykyisessä ilmastossa vuosina 1960-2014 ja d) suunnittelemattomassa maailmassa, jossa päästöt ovat maltilliset.

Kaaviossa syvänpunainen merkitsee lämpötilan nousun nopeaa lisääntymistä, kun taas sininen merkitsee lämpötilan nopeaa laskua.

Tulokset osoittavat, että vaikka aurinkogeomekaniikan toteuttaminen voisi aiheuttaa lämpötilojen laskun melko nopeasti, sen äkillinen lopettaminen voisi aiheuttaa nopean nousun lämpötilojen noustessa uudelleen.

Lämpötilojen muutosnopeus aurinkogeomekaniikan lopettamisen yhteydessä voisi olla kaksi-neljä kertaa suurempi kuin ilmastonmuutoksen itsensä aiheuttama muutosnopeus, päättelevät tutkijat. Tutkimuksessa havaitaan myös samankaltaisia – joskaan ei yhtä jyrkkiä – muutoksia sademäärissä.

Tällainen suuri muutos ympäristöolosuhteissa voi johtaa siihen, että monet lajit eivät kykene sopeutumaan ja ovat suuressa vaarassa kuolla sukupuuttoon, tutkijat sanovat.

Lajit, joiden ei ole helppo sopeutua uusiin olosuhteisiin, kuten trooppisissa sademetsissä ja pienillä saarilla elävät lajit, kykenevät kaikkein vähiten sopeutumaan kyseisiin muutoksiin, tutkijat toteavat lisäksi. Riski voi olla suurin hitaasti liikkuville sammakkoeläimille, tutkijat toteavat artikkelissaan:

”Vaikka erot ilmaston nopeudessa terrestristen hotspottien välillä ovat joidenkin taksonien osalta pieniä, se, että sammakkoeläinten biologisen monimuotoisuuden hotspottien lämpötilojen nopeus äkillisestä loppumisesta on suurin, viittaa siihen, että lisääntyneet sukupuuttoriskit olisivat erityisen vakavia tälle ryhmälle”.”

Toisin sanoen suuri määrä sammakkoeläimiä esiintyy alueilla, joihin äkillisen SRM:n lopettamisen odotetaan vaikuttavan eniten.”

Uusi tutkimus on tärkeä panos ”laajempaan keskusteluun”, joka koskee aurinkoenergian geoteknisen käsittelyn riskejä, sanoo tohtori Ben Kravitz, ilmastoasiantuntija Tyynenmeren luoteisläntisestä kansallisesta laboratoriosta (Pacific Northwest National Laboratorysta), joka ei ollut mukana uudessa tutkimuksessa. Hän sanoo Carbon Briefille:

”Vaikka ekosysteemeistä puhuttaessa nousee esiin monia kysymyksiä, tämä tutkimus on tietääkseni ensimmäinen kvantitatiivinen tarkastelu siitä, mitä biologiselle monimuotoisuudelle voisi tapahtua geotekniikan eri skenaarioissa. Ja mikä tärkeintä, tutkimuksessa käytettiin useita ilmastomalleja, mikä tarkoittaa, että meillä on arvioita siitä, kuinka vankkoja mallien reaktiot ovat.”

Tutkimus korostaa tarvetta kehittää geotekniikan hallintakehys, sanoo Janos Pasztor, Carnegien ilmastogeotekniikan hallintoaloitteen (Carnegie Climate Geoengineering Governance Initiative, C2G2) toiminnanjohtaja.

”Tämä julkaisu on juuri sitä tutkimusta, jota tarvitsemme auttaaksemme meitä ymmärtämään paremmin stratosfäärisen aerosolin injektion riskejä ja mahdollisia hyötyjä. Tästä syystä osan SAI:tä käsittelevien alkuperäisten hallintakehysten on katettava tutkimus, mukaan lukien kannustaminen lisätutkimukseen, jonka tuloksena saadaan selville SAI:n riskit ja mahdolliset hyödyt.”

”Ratkaisun ”löytäminen”

Tulokset osoittavat, että ilmaston lämpenemisen hillitseminen aurinkotekniikan avulla voisi tuoda mukanaan ”monia mahdollisia riskejä” sanoo Robock. Tämä viittaa siihen, että maailmanlaajuisten päästöjen vähentäminen olisi paras tapa rajoittaa tulevaa ilmastonmuutosta, hän sanoo:

”Ratkaisu ilmaston lämpenemiseen on hillintä. Ei ole liian myöhäistä siirtyä nopeasti tuuli- ja aurinkovoimaan ja vähentää nopeasti hiilidioksidipäästöjämme ilmakehään.”

BECCS:n käyttöön perustuvaan ilmastonmuutoksen hillintään liittyy myös ”huomattavia” riskejä, sanoo Heck:

”Olisi riskialtista luottaa BECCS:ään strategiana Pariisin sopimuksen saavuttamiseksi. Biomassaplantaasien huomattavat negatiiviset päästöt tulevat koko globaaliin ympäristöön kohdistuvien valtavien paineiden kustannuksella.”

”Ilmastotavoitteiden saavuttamiseksi on nyt välttämätöntä vähentää välittömästi hiilidioksidipäästöjä sen sijaan, että käytettäisiin haitallisia tekniikoita kompensoimaan rauhallisempaa tahtia.”