Geoengineering brengt ‘grote risico’s’ met zich mee voor de natuur, zo blijkt uit studies

Het verminderen van de gevolgen van door de mens veroorzaakte klimaatverandering door het gebruik van bio-energie met koolstofafvang en -opslag – beter bekend als BECCS – kan grote gevolgen hebben voor wilde dieren, bossen en watervoorraden, zo blijkt uit een nieuwe studie.

De grootschalige omzetting van bestaand land in BECCS-plantages zou ertoe kunnen leiden dat het wereldwijde bosareaal met maar liefst 10% afneemt en dat de biodiversiteit “intactheid” met maximaal 7% afneemt, vertelt de hoofdauteur aan Carbon Brief.

En de invoering van geoengineering met zonne-energie zou ook een bedreiging kunnen vormen voor wilde dieren, zo blijkt uit een tweede studie. Het nieuwe onderzoek komt tot de conclusie dat de invoering – en vervolgens het niet volhouden – van een dergelijke technologie ertoe zou kunnen leiden dat de temperaturen wereldwijd snel weer oplopen, waardoor veel soorten de scherpe verandering in de omstandigheden niet aankunnen.

De twee studies herhalen de noodzaak om de mogelijke gevolgen van de invoering van geoengineering-technologieën volledig te overwegen als ze worden gebruikt om de effecten van de opwarming van de aarde te verminderen, vertellen de auteurs van beide studies aan Carbon Brief.

De bevindingen benadrukken ook “de oplossing voor de opwarming van de aarde is mitigatie”, concludeert een auteur. “Om de klimaatdoelstellingen te bereiken, is het nu essentieel om de CO2-uitstoot onmiddellijk te verminderen, in plaats van schadelijke technologieën te gebruiken om een rustiger tempo te compenseren”, zegt een andere auteur.

Bargaining with BECCS

De eerste studie, gepubliceerd in Nature Climate Change, beoordeelt hoe het gebruik van BECCS verschillende aspecten van de natuurlijke wereld zou kunnen beïnvloeden, waaronder bosareaal, biodiversiteit en zoetwaterbronnen.

BECCS is door velen bestempeld als een veelbelovende “negatieve-emissietechnologie”, wat betekent dat het zou kunnen worden gebruikt om de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer te verminderen. Eenvoudig gezegd komt BECCS neer op het verbranden van biomassa – zoals bomen en gewassen – om energie op te wekken en vervolgens de resulterende CO2-emissies op te vangen voordat zij in de lucht worden uitgestoten.

Hoewel grootschalige BECCS nog niet op commerciële basis is gedemonstreerd, is het door wetenschappers reeds opgenomen in veel van de gemodelleerde “paden” die laten zien hoe de opwarming van de aarde kan worden beperkt tot 2C boven het pre-industriële niveau.

Sommige wetenschappers hopen dat BECCS kan worden gebruikt om een deel van de CO2 op te vangen die vrijkomt door menselijke activiteit, wat op zijn beurt de wereld zou kunnen helpen om “netto nul”-emissies te bereiken.

In de nieuwe studie wordt onderzocht of dit kan worden bereikt zonder al te veel schade aan te richten aan veel aspecten van de natuurlijke wereld.

BECCS zou problemen kunnen veroorzaken voor de natuurlijke wereld door een grote hoeveelheid land, water en andere hulpbronnen in beslag te nemen, legt hoofdauteur dr. Vera Heck, van het Potsdam Institute for Climate Impacts Research (PIK) uit.

Haar onderzoek komt tot de conclusie dat het gebruik van BECCS op grote schaal “grote risico’s” voor de natuurlijke wereld met zich mee zou kunnen brengen. Ze vertelt aan Carbon Brief:

“Het gebruik van grootschalige biomassaplantages om CO2 uit de atmosfeer te halen kan weliswaar bijdragen aan de bescherming van het klimaat, maar kan leiden tot het overschrijden van vele andere milieugrenzen, wat grote risico’s met zich meebrengt voor de biodiversiteit, de voedingsstoffen- en watercycli en het landgebruik. Daarom kan biomassa als middel om CO2 te verwijderen slechts een beperkte bijdrage leveren aan duurzame manieren om het klimaat te beperken.”

Tot het uiterste gedreven

Voor de studie hebben de onderzoekers geschat hoe BECCS de negen “planetaire grenzen” zou kunnen beïnvloeden.

Het idee van planetaire grenzen is vast te stellen hoeveel mensen de hulpbronnen van de aarde kunnen ontwikkelen en gebruiken terwijl ze veilig binnen de grenzen blijven van wat de planeet aankan. Vier van de negen planetaire grenzen, waaronder klimaatverandering, zijn al geschonden als gevolg van menselijke activiteit.

U kunt de negen grenzen zien in de onderstaande grafiek, die ook de status van elk van de grenzen laat zien, volgens een Science-studie uit 2015.

Om te begrijpen hoe BECCS de planetaire grenzen kan beïnvloeden, voerden de onderzoekers een reeks modellen uit waarin zowel werd gekeken naar toekomstige klimaatverandering als naar hoe patronen van landbouwgrondgebruik in de toekomst kunnen verschillen.

Voor elk scenario berekenden de onderzoekers hoeveel BECCS-plantages zouden kunnen worden aangelegd terwijl ze binnen de “veilige” zone van de planetaire grenzen zouden blijven. De onderzoekers beschouwden “veilig” als de implementatie van BECCS zonder extra schade aan de planetaire grenzen.

Zij komen tot de bevinding dat de implementatie van BECCS binnen de veilige grenzen een negatieve uitstoot van maximaal 60 miljoen ton koolstof per jaar mogelijk zou kunnen maken. Dit komt overeen met minder dan 1% van de huidige wereldwijde CO2-uitstoot, aldus Heck.

Risico’s nemen

De onderzoekers hebben ook geschat hoeveel koolstof zou kunnen worden afgevangen als BECCS binnen “riskante” grenzen zou worden geïmplementeerd. Deze definitie stond verdere aantasting van de planetaire grenzen toe, terwijl nog steeds werd voorkomen dat de zone met een “hoog risico” zou worden bereikt (zie eerdere grafiek).

Dit zou een negatieve uitstoot van ongeveer 1,2 miljard tot 6,3 miljard ton koolstof mogelijk maken, afhankelijk van het type bio-energie dat wordt gebruikt, ontdekten de onderzoekers.

Om de hoogste hoeveelheid negatieve uitstoot te bereiken, zou de omzetting van biomassa in waterstof met koolstofafvang en -opslag moeten worden gebruikt. Maar de technologie die nodig is om de omzetting van biomassa in waterstof mogelijk te maken, is nog lang niet levensvatbaar, zegt Heck.

Het implementeren van BECCS binnen risicovolle grenzen zou echter grote gevolgen kunnen hebben voor het milieu, voegt ze eraan toe:

“De risicoscenario’s houden een aanzienlijk risico in op het op gang brengen van negatieve terugkoppelingen van het aardsysteem en zouden de stabiliteit en veerkracht van het aardsysteem kunnen ondermijnen.”

Een van de gevolgen van de invoering van BECCS binnen de risicovolle grenzen zou kunnen zijn dat het wereldwijde bosareaal met 10% afneemt en dat de biodiversiteit “intactheid” met 7% afneemt. Dit komt doordat een grote hoeveelheid land zou moeten worden omgezet in biobrandstofplantages, zegt Heck.

Daarbovenop zou de extra vraag naar water als gevolg van alle nieuw aangelegde BECCS-plantages meer dan het dubbele kunnen zijn van wat de wereldwijde landbouw nodig heeft, voegt Hecks toe.

Het nieuwe onderzoek bevestigt eerdere bevindingen dat BECCS een “aanzienlijk nadelig effect op land en zoetwater” kan hebben, zegt prof. Pete Smith, leerstoel in planten- en bodemkunde aan de Universiteit van Aberdeen, die niet bij het onderzoek betrokken was. Hij vertelt aan Carbon Brief:

“De auteurs komen tot de conclusie dat vertrouwen op wijdverspreide BECCS riskant is, maar er zijn regio’s waar het risico laag is. Deze studie is robuust en helpt het huidige debat af te brengen van de huidige gepolariseerde standpunten van ‘BECCS is altijd slecht’ of ‘BECCS is altijd goed’. Meer geïntegreerde beoordelingen zoals deze zijn nodig om het bewijsmateriaal te versterken op basis waarvan beslissingen over negatieve emissies zullen worden genomen.”

Simulatie van zonnegeo-engineering

De tweede studie, gepubliceerd in Nature Ecology & Evolution, onderzoekt hoe de invoering van zonnegeo-engineering de biodiversiteit zou kunnen beïnvloeden.

Solar geoengineering, of “solar radiation management” (SRM), beschrijft een reeks methoden – die allemaal hypothetisch blijven – voor het kunstmatig verminderen van zonlicht aan het aardoppervlak om de opwarming van de aarde te temperen.

De nieuwe studie richt zich op de effecten van één type SRM, waarbij aërosolen in de stratosfeer worden geïnjecteerd. Eenmaal in de atmosfeer zouden de aërosolen een beschermende sluier rond de aarde kunnen vormen die het zonlicht kan weerkaatsen en daardoor de planeet afkoelen.

Aërosolen hebben een beperkte levensduur in de stratosfeer en zouden met regelmatige tussenpozen moeten worden vrijgelaten om doeltreffend te zijn. Als het vrijkomen van aërosolen plotseling zou worden stopgezet, zou de temperatuur op aarde snel weer kunnen stijgen.

De nieuwe studie concludeert dat deze plotselinge stopzetting van SRM veel soorten niet in staat zou stellen om te gaan met de snelle verandering in milieuomstandigheden, zegt auteur van de studie Prof. Alan Robock van de Rutgers University. Hij vertelt aan Carbon Brief:

“De belangrijkste bevindingen zijn dat elke implementatie van stratosferische geoengineering voor veel soorten catastrofaal zou kunnen aflopen. Hoewel het geen zin zou hebben om geoengineering abrupt te beëindigen als het ooit zou gebeuren, zijn er geloofwaardige scenario’s waarin dit zou kunnen gebeuren. Zou de samenleving dat risico ooit moeten nemen?”

Modellering van een wereldwijde verschuiving

Om te begrijpen hoe de snelle beëindiging van de opwekking van zonne-energie van invloed zou kunnen zijn op in het wild levende dieren, gebruikten de onderzoekers modellen om veranderingen in temperatuur en regenval te vergelijken in een scenario waarin SRM van 2020 tot 2070 wordt toegepast, met een scenario zonder geoengineering en een gemiddeld niveau van broeikasgasemissies (RCP4.5).

De onderzoekers berekenden vervolgens de “klimaatsnelheden” van elk scenario, wat de snelheid en richting van verschuivende klimaten kwantificeert.

De resultaten zijn te zien in onderstaande grafieken, die de verandering in temperatuursnelheid laten zien voor (a) een gemodelleerd scenario met de invoering van SRM, (b) de beëindiging van SRM, (c) het huidige klimaat tussen 1960 en 2014 en (d) een niet gemanipuleerde wereld met gematigde emissies.

In de grafiek betekent dieprood een snelle toename van de snelheid van temperatuurstijging, terwijl blauw een snel dalende temperatuur laat zien.

De resultaten laten zien dat terwijl de implementatie van zonnegeo-engineering de temperaturen vrij snel zou kunnen doen dalen, een plotselinge beëindiging snelle stijgingen zou kunnen veroorzaken als de temperaturen weer opveren.

De snelheid van de verandering in temperatuur onder de beëindiging van SRM zou twee tot vier keer groter kunnen zijn dan die veroorzaakt door klimaatverandering zelf, concluderen de onderzoekers. De studie vindt ook soortgelijke – zij het niet zo drastische – veranderingen in de regenval.

Deze grote verandering in milieuomstandigheden zou veel soorten in staat kunnen stellen zich aan te passen en een groot risico lopen uit te sterven, zeggen de onderzoekers.

Dieren die zich niet gemakkelijk aan nieuwe omgevingen aanpassen, zoals soorten die in tropische regenwouden en kleine eilandhabitats worden aangetroffen, zullen het minst in staat zijn zich aan deze veranderingen aan te passen, voegen zij eraan toe. Het risico zou het grootst kunnen zijn voor langzaam bewegende amfibieën, merken de onderzoekers op in hun paper:

“Hoewel de verschillen in klimaatsnelheid tussen terrestrische hotspots voor sommige taxa klein zijn, suggereert het feit dat de biodiversiteitshotspots voor amfibieën de hoogste temperatuursnelheden van plotselinge beëindiging hebben, dat verhoogde uitstervingsrisico’s bijzonder ernstig zouden zijn voor deze groep.”

Met andere woorden, een groot aantal amfibieën komt voor in gebieden die naar verwachting het meest zullen worden getroffen door een plotselinge beëindiging van SRM.

Het nieuwe onderzoek levert een belangrijke bijdrage aan het “bredere gesprek” rond de risico’s van geoengineering met zonne-energie, zegt dr. Ben Kravitz, een klimaatwetenschapper van het Pacific Northwest National Laboratory, die niet bij het nieuwe onderzoek betrokken was. Hij vertelt aan Carbon Brief:

“Hoewel er veel kwesties spelen als je het hebt over ecosystemen, is dit onderzoek, voor zover ik weet, de eerste kwantitatieve kijk op wat er zou kunnen gebeuren met de biodiversiteit onder verschillende scenario’s van geoengineering. En, wat belangrijk is, de studie werd uitgevoerd met behulp van meerdere klimaatmodellen, wat betekent dat we schattingen hebben van hoe robuust de modelreacties zijn.”

Het onderzoek onderstreept de noodzaak van de ontwikkeling van een bestuurlijk kader voor geoengineering, zegt Janos Pasztor, uitvoerend directeur van het Carnegie Climate Geoengineering Governance Initiative (C2G2).

“Dit document is precies het soort onderzoek dat we nodig hebben om ons te helpen de risico’s en potentiële voordelen van stratosferische aërosolinjectie beter te begrijpen. Daarom moet onderzoek deel uitmaken van de eerste bestuurlijke kaders voor de aanpak van SAI, inclusief het aanmoedigen van meer onderzoek dat leidt tot verduidelijking van de risico’s en potentiële voordelen van SAI.”

Het vinden van ‘de oplossing’

De bevindingen tonen aan dat het temperen van de opwarming van de aarde door het gebruik van zonne-energie “veel mogelijke risico’s” met zich mee kan brengen, aldus Robock. Dit suggereert dat het terugdringen van de wereldwijde uitstoot de beste manier zou zijn om toekomstige klimaatverandering te beperken, zegt hij:

“De oplossing voor de opwarming van de aarde is mitigatie. Het is nog niet te laat om snel over te schakelen op wind- en zonne-energie en onze uitstoot van CO2 in de atmosfeer snel te verminderen.”

Mitigatie van klimaatverandering door het gebruik van BECCS brengt ook “aanzienlijke” risico’s met zich mee, zegt Heck:

“Het zou riskant zijn om te vertrouwen op BECCS als strategie om de Overeenkomst van Parijs te bereiken. Aanzienlijke negatieve emissies van biomassaplantages gaan ten koste van een enorme druk op het mondiale milieu als geheel.

“Om de klimaatdoelstellingen te bereiken, is het nu essentieel om de CO2-uitstoot onmiddellijk te verminderen, in plaats van schadelijke technologieën te gebruiken om een rustiger tempo te compenseren.”